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Cours
Responsable(s) François Brissette

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École de technologie supérieure
Département de génie de la construction
Responsable(s) de cours : François Brissette


PLAN DE COURS

Hiver 2019
CTN326 : Mécanique des fluides et thermodynamique (4 crédits)



Préalables
Pour tous les étudiants
         
  CTN258  
         
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 45,1 % 54,9 %




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
À la suite de ce cours, l’étudiant sera en mesure : de définir et représenter les principales propriétés des fluides liquides et gazeux; d’appliquer les principes de la statique pour le calcul des forces sur des surfaces et corps immergés dans un fluide; de définir, illustrer et appliquer le principe de conservation de la masse, de l’énergie et du momentum pour des fluides en mouvement; de concevoir des systèmes simples de conduites en série et en parallèle; de choisir les pompes appropriées et calculer leurs propriétés hydrauliques.

Introduction générale. Statique des fluides : propriétés des fluides, pression, mesures manométriques, calcul des forces sur des surfaces planes, calcul des forces sur des surfaces courbes, force de poussée, stabilité des corps flottants. Applications de la statique : systèmes hydrauliques, pressions sur les barrages, etc. Dynamique des fluides : classification des écoulements, équation de conservation de la masse, momentum et force, équation de quantité de mouvement, équation générale d’énergie, équation de Bernoulli, fluides réels, profils de vitesse. Applications de la dynamique : regards et orifices, mesures de la vitesse, écoulements permanents en conduites, pertes de charge par frottement, pertes de charge singulières. Calcul du diamètre économique et dimensionnement de conduites. Choix des pompes et conception des stations de pompage.

Expériences en laboratoire et travaux pratiques permettant d’illustrer les notions théoriques vues en classe.



Objectifs du cours
  • Permettre à l'étudiant de comprendre et d’appliquer les notions élémentaires de la thermodynamique et de la mécanique des fluides dans la résolution de problèmes simples.
  • Familiariser l'étudiant avec les concepts de conservation de masse, de quantité de mouvement et d’énergie dans un contexte appliqué.
  • Introduire l'étudiant aux éléments de mécanique des fluides nécessaires à la compréhension des écoulements en charge et à surface libre, du cycle hydrologique et de l’hydraulique urbaine.



Stratégies pédagogiques
  • 39 heures d'enseignement magistral (trois (3) heures par semaine).
  • Travaux pratiques visant à vérifier une bonne compréhension de la théorie.
  • Travaux de laboratoire, réalisés en équipe de deux ou trois, visant à mieux comprendre et à vérifier expérimentalement la théorie vue en classe. Des rapports écrits seront exigés pour chaque laboratoire.
  • Examens (un examen périodique et un examen final) permettant aux étudiants de prendre conscience de l'état d'avancement de leurs connaissances.



Utilisation d’appareils électroniques

L’utilisation de la calculatrice Ti-Inspire et/ou Ti-voyage 200 est fortement recommandée. Ce sont les seuls appareils électroniques autorisés aux examens.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Jeudi 08:45 - 11:45 Travaux pratiques et laboratoire
Vendredi 08:30 - 12:00 Activité de cours
02 Jeudi 08:45 - 12:15 Activité de cours
Vendredi 08:30 - 11:30 Travaux pratiques et laboratoire
03 Lundi 08:45 - 12:15 Activité de cours
Mercredi 08:30 - 11:30 Travaux pratiques et laboratoire
04 Lundi 08:45 - 11:45 Travaux pratiques et laboratoire
Mercredi 08:30 - 12:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Richard Arsenault Activité de cours Richard.Arsenault@etsmtl.ca A-1482
01 Benoit Renaud Activité de cours cc-benoit.renaud@etsmtl.ca A-1576
02 François Brissette Activité de cours Francois.Brissette@etsmtl.ca A-1483
03 Richard Arsenault Activité de cours Richard.Arsenault@etsmtl.ca A-1482
03 Benoit Renaud Activité de cours cc-benoit.renaud@etsmtl.ca A-1576
04 François Brissette Activité de cours Francois.Brissette@etsmtl.ca A-1483



Cours

La matière de ce cours, subdivisée en groupes de sujets, est la suivante (les durées indiquées sont approximatives) :

 

Contenus traités dans le cours Heures
Introduction générale : états de la matière, propriétés des fluides gazeux et liquides, masse volumique, densité, compressibilité, viscosités dynamique et cinématique, vitesse, débit, équation des gaz parfaits, équilibre des phases;   4.5h
Premier principe de la thermodynamique. Évolutions isobare, isochore, isotherme et adiabatique. Chaleur, travail, énergie interne et enthalpie;   3h
Second principe de la thermodynamique. Énoncés de Kelvin-Plank et de Clausius. Évolutions réversible et irréversible. Le cycle de Carnot. Inégalité de Clausius. Entropie; 3h
Applications de la thermodynamique. Thermopompes, réfrigération et climatisation; 3h
Statique des fluides. Concept de milieu continu. Pression. Mesures manométriques. Forces sur les surfaces planes et sur les surfaces courbes. Force de poussée et stabilité des corps immergés et flottants. Applications: systèmes hydrauliques, pressions sur les barrages; 6h
Examen intra; 3h
Dynamique des fluides: fluides en mouvement, classification des écoulements, trajectoire, ligne de courant, ligne d’émission, cinématique des fluides, expérience de Reynolds, écoulements laminaire et turbulent, fluide idéal et réel, équation de conservation de la masse, momentum et force, équations de la quantité de mouvement, principe de la rétention; 6h
Dynamique des fluides: équation générale d’énergie, équation de Bernoulli et ses applications: regards et orifices, vidange de réservoirs, tube de pitot, cavitation; 6h
Écoulements permanents en conduite.  Pertes de charge singulières et par frottement. Équations de Darcy-Weisbach et Hazen-Williams. Équations de Hagen-Poiseuille et Blasius. Conduites lisses et rugueuses. Travaux de Nikuradse, Prandtl et Von Karman. Diagramme de Moody. Couches limites. Profils de vitesse. 4.5h
Total 39



Laboratoires et travaux pratiques

Les informations et directives ainsi que les règles en vigueur seront communiquées en début de trimestre.

 

Description Heures
Propriétés des fluides et états de la matière 3h
Statique des fluides (Forces et pressions) 6h
Conservation de la masse 3h
Conservation de l’énergie (Bernoulli, pertes de charge, applications) 9h
Quantité de mouvement 3h
Premier principe de thermodynamique 9h
Deuxième principe de thermodynamique et cycle de réfrigération 3h
Total 36

 

L’accès aux laboratoires A-1430, A-1470 et A-1472 requiert le port de chaussures fermées en tout temps. 




Utilisation d'outils d'ingénierie

L'étudiant devra utiliser la calculatrice Ti-Inspire et/ou Ti-voyage 200, ainsi que plusieurs montages de laboratoire et instruments de mesure aux fins de résolution de problèmes et de démonstration des principes de statique et hydrodymanique des fluides.




Évaluation

La note globale est la résultante des évaluations durant la session, de l'examen final et des travaux de laboratoire, selon les pondérations suivantes :

 

Activité Description %
Examen périodique Statique des fluides, Bernoulli et applications 40
Examen final Pertes de charge, quantité de mouvement et Thermodynamique 40
Laboratoires (5) Forces sur un objet submergé. Conservation de l’énergie. Pertes de charge par frottement et singulières. Force d’impact d’un jet. Courbe de pression de vapeur. 20

La date de l'EXAMEN FINAL sera déterminée durant la session.

 

RÉUSSITE DU COURS: En plus de la note de passage pour le résultat cumulatif, l’étudiant doit obtenir la note de 55% pour le cumulatif de ses 2 examens afin de réussir le cours (règlement, article 7.2.3).




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
2 28 février 2019
4 27 février 2019



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

Tout retard sans entente préalable avec le professeur résultera en une note de 0.




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
  • Brissette, François. Mécanique des fluides et thermodynamique. Notes pédagogiques CTN326, révisé novembre 2017.
  • Brissette, François et Arsenault,  Mécanique des fluides et thermodynamique. Cahier de laboratoires CTN326, révisé janvier 2017.




Ouvrages de références

De nombreux volumes généraux sur la mécanique des fluides, l’hydraulique et la thermodynamique sont disponibles à la bibliothèque. Les étudiants sont invités à les consulter au besoin.




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Voir site Moodle du cours.