Qu’est-ce que l’écoulement laminaire – Écoulement visqueux – Définition

L’écoulement laminaire est caractérisé par des trajectoires régulières ou régulières de particules du fluide. L’écoulement laminaire est également appelé écoulement fluide ou visqueux. Génie thermique

Écoulement laminaire

Dans la dynamique des fluides, l’écoulement laminaire est caractérisé par des trajectoires régulières ou régulières des particules du fluide, contrairement à l’écoulement turbulent, qui est caractérisé par le mouvement irrégulier des particules du fluide. Le fluide s’écoule en couches parallèles (avec un mélange latéral minimal), sans interruption entre les couches. Par conséquent, le flux laminaire est également appelé flux simplifié ou flux visqueux .

Le terme écoulement aérodynamique est descriptif de l’écoulement parce que, dans un écoulement laminaire, des couches d’eau s’écoulant les unes sur les autres à des vitesses différentes sans pratiquement aucun mélange entre les couches, les particules fluides se déplacent selon des trajectoires ou des lignes de courant définies et observables.

Lorsqu’un fluide s’écoule à travers un canal fermé tel qu’un tuyau ou entre deux plaques plates, l’un ou l’autre des deux types de flux (flux laminaire ou flux turbulent) peut se produire en fonction de la vitesse , de la viscosité du fluide et de la taille du tuyau . L’écoulement laminaire a tendance à se produire à des vitesses plus faibles et à une viscosité élevée . D’un autre côté, un écoulement turbulent a tendance à se produire à des vitesses plus élevées et à une faible viscosité.

Puisque l’écoulement laminaire n’est courant que dans les cas où le canal d’écoulement est relativement petit, le fluide se déplace lentement et sa viscosité est relativement élevée, l’écoulement laminaire n’est pas courant dans les processus industriels. La plupart des flux industriels, en particulier ceux du génie nucléaire, sont turbulents. Néanmoins, l’écoulement laminaire se produit à n’importe quel nombre de Reynolds près des limites solides dans une couche mince juste adjacente à la surface, cette couche est généralement appelée sous- couche laminaire et elle est très importante dans le transfert de chaleur.

Malgré la faible épaisseur de la sous-couche laminaire (généralement beaucoup moins de 1% du diamètre du tuyau), car elle influence fortement le débit dans le reste du tuyau. Toute irrégularité ou rugosité à la surface perturbe cette couche et affecte considérablement l’écoulement. Par conséquent, contrairement à l’écoulement laminaire, le facteur de friction dans l’écoulement turbulent est une forte fonction de la rugosité de surface.

Le numéro de Reynold

Le nombre de Reynolds est le rapport des forces d’ inertie aux forces visqueuses et est un paramètre commode pour prédire si une condition d’écoulement sera laminaire ou turbulent . On peut interpréter que lorsque les forces visqueuses sont dominantes (flux lent, Re faible) elles sont suffisantes pour maintenir toutes les particules de fluide en ligne, alors le flux est laminaire. Même un très faible Re indique un mouvement de fluage visqueux, où les effets d’inertie sont négligeables. Lorsque les forces d’inertie dominent sur les forces visqueuses (lorsque le fluide s’écoule plus rapidement et que Re est plus grand), l’écoulement est turbulent.

Le numéro de Reynold

Il s’agit d’un nombre sans dimension comprenant les caractéristiques physiques de l’écoulement. Un nombre de Reynolds croissant indique une turbulence croissante de l’écoulement.

Il est défini comme:
Le numéro de Reynold

où:
V est la vitesse d’écoulement,
D est une dimension linéaire caractéristique , (longueur parcourue du fluide; diamètre hydraulique, etc.)
ρ densité du fluide (kg / m 3 ),
μ viscosité dynamique (Pa.s),
ν viscosité cinématique ( m 2 / s); ν = μ / ρ.

Débit laminaire ou turbulent

Débit laminaire ou turbulent

Écoulement laminaire:

  • Re <2000
  • vitesse «faible»
  • Les particules fluides se déplacent en ligne droite
  • Les couches d’eau s’écoulent les unes sur les autres à différentes vitesses sans pratiquement aucun mélange entre les couches.
  • Le profil de vitesse d’écoulement pour un flux laminaire dans des tuyaux circulaires est de forme parabolique, avec un débit maximal au centre du tuyau et un débit minimal au niveau des parois des tuyaux.
  • La vitesse d’écoulement moyenne correspond à environ la moitié de la vitesse maximale.
  • Une analyse mathématique simple est possible.
  • Rare en pratique dans les systèmes d’eau .

Écoulement turbulent:

  • Re> 4000
  • ‘vitesse élevée
  • L’écoulement est caractérisé par le mouvement irrégulier des particules du fluide.
  • Le mouvement moyen est dans le sens de l’écoulement
  • Le profil de vitesse d’écoulement pour un écoulement turbulent est assez plat sur la section centrale d’un tuyau et tombe rapidement extrêmement près des parois.
  • La vitesse d’écoulement moyenne est approximativement égale à la vitesse au centre du tuyau.
  • L’analyse mathématique est très difficile.
  • Type d’écoulement le plus courant .
La vitesse moyenne Vavg est définie comme la vitesse moyenne sur une section transversale.  Pour un écoulement de tube laminaire entièrement développé, Vavg est la moitié de la vitesse maximale.
La vitesse moyenne Vavg est définie comme la vitesse moyenne sur une section transversale. Pour un écoulement de tube laminaire entièrement développé, Vavg est la moitié de la vitesse maximale.

Régimes de nombre de Reynolds

régime d'écoulementÉcoulement laminaire. Pour des raisons pratiques, si le nombre de Reynolds est inférieur à 2000 , le flux est laminaire. Le nombre de Reynolds de transition accepté pour l’écoulement dans un tuyau circulaire est Re d, crit = 2300.

Flux de transition. Aux nombres de Reynolds entre environ 2000 et 4000, le débit est instable en raison du début de la turbulence. Ces flux sont parfois appelés flux de transition.

Écoulement turbulent. Si le nombre de Reynolds est supérieur à 3500 , l’écoulement est turbulent. La plupart des systèmes de fluides dans les installations nucléaires fonctionnent avec un écoulement turbulent.

Débit laminaire – Coefficient de transfert de chaleur

Débit laminaire externe

Le nombre moyen de Nusselt sur toute la plaque est déterminé par:

flux laminaire - plaque plate - nombre nusselt

Cette relation donne le coefficient de transfert de chaleur moyen pour toute la plaque lorsque le flux est laminaire sur toute la plaque.

Débit laminaire interne

Température de surface constante

Dans un écoulement laminaire dans un tube à température de surface constante, le facteur de friction et le coefficient de transfert de chaleur restent constants dans la région complètement développée.

Débit laminaire - Tube circulaire - température

Flux de chaleur de surface constant

Par conséquent, pour un écoulement laminaire pleinement développé dans un tube circulaire soumis à un flux thermique de surface constant , le nombre de Nusselt est une constante. Il n’y a aucune dépendance sur les nombres de Reynolds ou de Prandtl .

Flux laminaire - Tube circulaire - flux

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