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Responsable(s) Louis Dufresne

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École de technologie supérieure
Département de génie mécanique
Responsable(s) de cours : Louis Dufresne


PLAN DE COURS

Automne 2018
MEC556 : Aérothermodynamique des écoulements (3 crédits)



Préalables
Programme(s) : 7684
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    MEC335    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 54,6 % 45,4 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Ce cours présente les concepts d’analyse différentielle des écoulements, de couches limites et d’effets de compressibilité dans les écoulements.

À la fin de ce cours, l’étudiant devrait être en mesure :
• de distinguer une couche limite laminaire d’une couche limite turbulente et d’en quantifier les principales caractéristiques;
• d’identifier les effets de compressibilité dans un écoulement isentropique 1-D et d’en calculer les principales caractéristiques;
• de quantifier les changements de propriétés associés aux ondes de choc (droite et oblique) et aux ondes de détente;
• de quantifier les changements de propriétés associés au transfert de chaleur et au frottement dans les écoulements compressibles.

Rappel des principes de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie. Formes intégrales et formes différentielles des équations. Fluide visqueux et équations de Navier-Stokes. Écoulement à nombre de Reynolds élevé. Écoulement potentiel et couche limite. Couches limites laminaires et turbulentes. Effets de compressibilité. Écoulements isentropiques dans les tuyères. Ondes de choc droite et oblique. Onde de détente. Écoulements de Rayleigh et de Fanno.

Séances de travaux pratiques composés d’exercices choisis pour illustrer la théorie vue en classe.



Objectifs du cours

À la fin du cours l’étudiant devrait être en mesure de :

  1. Distinguer une couche limite laminaire d’une couche limite turbulente et d’en quantifier les principales caractéristiques;
  2. Identifier les effets de compressibilité dans un écoulement isentropique 1-D et d’en calculer les principales caractéristiques;
  3. Quantifier les changements de propriétés associés aux ondes de choc (droite et oblique) et aux ondes de détente;
  4. Quantifier les changements de propriétés associés au transfert de chaleur et au frottement dans les écoulements compressibles.



Stratégies pédagogiques

Le cours se divise en 3 heures d'enseignement magistral et 2 heures de travaux pratiques chaque semaine.

Les séances de travaux pratiques seront composées d’exercices choisis pour illustrer la théorie vue en classe.




Utilisation d’appareils électroniques

L'utilisation d'appareils électroniques (tablettes, smart-phones, etc.) en classe à des fins autres que celles requises par le cours n'est pas permise.

 




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mercredi 08:30 - 10:30 Travaux pratiques
Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Louis Dufresne Activité de cours Louis.Dufresne@etsmtl.ca A-2116



Cours
Sem. Description Section(s) du manuel Exercises suggérés*
01 1. Principes de base et rappels
1.1 Volume de contrôle 1-5, 6-2  
1.2 Théorème de transport de Reynolds 4-6 4-91, 4-93, 4-94
1.3 Conservation de la masse 5-2 5-6, 5-9, 5-10, 5-13
1.4 Conservation de la quantité de mouvement 6-1, 6-3, 6-4 6-20, 6-21, 6-27, 6-34, 6-38
1.5 Conservation de l'énergie 5-5 5-79, 5-87, 5-91
02-05 2. Analyse différentielle des écoulements
2.1 Description lagrangienne et eulérienne 4-1 4-17 à 4-19, 4-22, 4-23
2.2 Conservation de la masse 9-1, 9-2

9-24 à 9-26, 9-28, 9-31, 9-32, 9-35, 
9-37

2.3 Fonction de courant et visualisation des écoulements 9-3, 4-2 9-43, 9-44, 9-46, 9-49, 9-52, 9-55,
9-58, 9-67, 9-71
2.4 Conservation de la quantité de mouvement - équation de Cauchy 9-4  
2.5 Fluide newtonien et équation de Navier-Stokes 4-4, 9-5, 9-6 Exemples: 9-15 à 9-18 et exercices
9-91, 9-92
2.6 Vorticité et rotationalité 4-5 4-69, 4-71, 4-75, 4-79
06-09 3. Écoulements de couche limite
3.1 Forme non-dimensionnelle des équations 10-1, 10-2 10-12, 10-13
3.2 Approximation pour les régions non-visqueuses et écoulements potentiels 10-4, 10-5 10-40, 10-44, 10-45, 10-47, 10-56,
10-60, 10-70
3.3 Équations de la couche limite et solution de Blasius 10-6 10-83, 10-88; exemple 10-10
3.4 Hauteurs de déplacement et de quantité de mouvement 10-6 10-91, 10-92, 10-94, 10-99, 10-102
3.5 Couche limite turbulente 8-5, 10-6 10-97, 10-101, 10-105
3.6 Effet du gradient de pression 10-6  
3.7 Forme intégrale - équation de von Karman 10-6 Exemples 10-14, 10-15 et exercices 10-100, 10-104
10-13 4. Écoulements compressibles
4.1 Propritétés de stagnation 12-1 12-4, 12-5, 12-9, 12-10
4.2 Écoulements isentropiques 1D 12-2 12-19, 12-23, 12-25, 12-28
4.3 Loi des aires 12-2 12-18, 12-20
4.4 Écoulements dans les tuyères 12-3 12-38, 12-40, 12-44, 12-45, 12-48
4.5 Ondes de choc droites et obliques 12-4 12-62, 12-63, 12-65, 12-71, 12-77
4.6 Ondes de détente 12-4 12-72, 12-73
4.7 Transfert de chaleur et écoulements de Rayleigh 12-5 12-87, 12-88, 12-93, 12-96
4.8 Frottement et écoulements de Fanno 12-6 12-105, 12-107, 12-114, 12-115

* NOTE : Des exercices supplémentaires seront proposés en classe au besoin.




Laboratoires et travaux pratiques

Sem.

Date

Description

Remarques

 

 

6 sept.

12 sept.

Congé relâche

 

01

13 sept.

19 sept.

C – Principes de base et rappel

TP

 

02

20 sept.

26 sept.

C – Analyse différentielle des écoulements I

TP

 

03

27 sept.

03 oct.

C – Analyse différentielle des écoulements II

TP

Devoir 1

04

04 oct.

10 oct.

C – Analyse différentielle des écoulements III

TP

 

05

11 oct.

17 oct.

C – Analyse différentielle des écoulements IV

TP

Entrevues de stage: 15-26 octobre

 

06

18 oct.

24 oct.

C – Écoulements de couche limite I

TP

 

 

07

25 oct.

---

C - Examen intra

---

 

 

 

08

31 oct.

01 nov.

C – Écoulements de couche limite II

Congé relâche

Horaire du jeudi

 

---

07 nov.

---

TP

 

09

08 nov.

14 nov.

C – Écoulements de couche limite III -IV

TP

Date limite d'abandon: 12 nov.

10

15 nov.

21 nov.

C – Écoulements de compressibles I

TP

Devoir 2

11

22 nov.

28 nov.

C – Écoulements de compressibles II

TP

 

12

29 nov.

05 déc.

 

C – Écoulements de compressibles III

TP

 

 

13

06 déc.

09 déc.

C – Écoulements de compressibles IV

Fin des cours

 



Utilisation d'outils d'ingénierie

Sans objet.




Évaluation

La note finale sera établie en fonction des résultats des deux examens « intra », de l’examen final, des trois rapports de laboratoire ainsi que du rapport de projet selon la pondération suivante :

 

Examen intra 30 %
Examen final 40 %
Devoirs 30 %

 

Note importante : La note de passage est fixée de manière globale à 50 %, mais une moyenne d’au moins 50 % aux examens est nécessaire pour passer le cours.

 




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Les travaux remis en retard sans justification valable seront pénalisés.




Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Manuel recommandé (disponible à la Coop de l´École)

Çengel, Y. A. & Cimbala, J. M.  2014  Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill, 3rd Ed.




Ouvrages de références

Munson, B.R., Rothmayer, A.P., Okiishi, T.H., & Huebsch, B.R.  2012  Fundamental of Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 7th Ed.

Anderson, J.D., 2011 Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill, 5th Ed.

Van Dyke, M. 1982 An Album of Fluid Motion. Parabolic Press.

White, F.M.  2010  Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 7th Ed.

Crowe, C.T., Elger, D.F., Robertson, J.A., & Williams, B.C.  2008  Engineering Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 9th Ed.

Hughes, W.F. & Brighton J.A.  1999  Fluid Dynamics, Schaum’s Outline Series. McGraw-Hill, 3rd Ed.

Comolet, R.  2002  Mécanique expérimentale des fluids. 1. Statique et dynamique des fluids non visqueux. Dunod, 5e Éd.

Comolet, R.  2006  Mécanique expérimentale des fluids. 2. Dynamique des fluids reels, turbomachines. Dunod, 4e Éd.

Comolet, R. & Bonnin, J.  2003  Mécanique expérimentale des fluids.3. Recueil d’exercices corrigés avec rappel de cours. Dunod, 5e Éd.

Kundu, P.K., Cohen, I.M., & Dowling, D.R.  2012  Fluid Mechanics. Academic Press, 5th Ed.

Batchelor, G.K.  1967  An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge Univ. Press.

Schlichting, H. & Gersten, K.  2000  Boundary Layer Theory.  Springer-Verlag, 8th Ed.

Liepmann, H.W. & Roshko. A.  1957  Elements of Gas Dynamics.  J. Wiley & Sons.

Shapiro, A.H.  1953  The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow.  Vol. 1.  The Ronald Press Co.

Shapiro, A.H.  1954  The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow.  Vol. 2.  The Ronald Press Co.




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/