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Cours
Responsable(s) Christian Masson

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École de technologie supérieure
Département de génie mécanique
Responsable(s) de cours : Christian Masson


PLAN DE COURS

Été 2019
MEC335 : Mécanique des fluides (4 crédits)



Préalables
Programme(s) : 7684
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    MEC222    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 25,0 % 75,0 %




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
Acquérir les concepts fondamentaux de la mécanique des fluides. Analyser les phénomènes élémentaires reliés à l'hydrostatique et à l'hydrodynamique. Prévoir le comportement des divers éléments hydrauliques grâce à l'analyse dimensionnelle. Analyser les systèmes hydrauliques plus complexes grâce à des modèles mathématiques.

À la fin du cours, l’étudiant sera en mesure :
• d’identifier les propriétés physiques importantes du fluide qui influencent les caractéristiques de l’écoulement;
• d’identifier le type de régime d’écoulement (permanent ou non, laminaire ou turbulent, etc.);
• de calculer les forces hydrostatiques sur les surfaces;
• de calculer les pertes de charges dans les réseaux de conduites et de sélectionner les pompes;
• de calculer les forces aérodynamiques sur les corps mobiles.

Propriétés des fluides; statique des fluides : pression dans un fluide au repos, mesure de pression, forces causées par la pression; analyse par volume de contrôle : équation de continuité, équation de quantité de mouvement, équation de Bernoulli, équation du moment cinétique, théorie élémentaire des turbomachines, équation d'énergie; analyse dimensionnelle et similitude; écoulement dans les conduites : pertes de charges dans les conduites; écoulement autour des corps: couche limite, portance, traînée; utilisation et sélection des pompes.

Séances de laboratoire et exercices portant sur les instruments de mesure pour les liquides et les gaz, l'impact d'un jet de liquide, les caractéristiques des pompes centrifuges, les forces hydrostatiques. Projet portant sur l'utilisation d'un logiciel numérique en mécanique des fluides.



Objectifs du cours

Ce cours de 4 crédits vise principalement à introduire les étudiants aux concepts de base de la mécanique des fluides ainsi qu’à leur application en ingénierie. Plus spécifiquement, une attention particulière sera portée à :

  1. l’application des principes gouvernant les écoulements de fluides incompressibles;
  2. la conception et l'analyse de systèmes fluides simples.

À la fin de ce cours, les étudiants seront en mesure de comprendre et d’appliquer les principes de base de la mécanique des fluides dans des situations pratiques et simples. Les étudiants posséderont de plus les bases nécessaires pour suivre des cours plus avancés de dynamique des fluides ou d’aérodynamique.




Stratégies pédagogiques

Le cours se divise en 3 heures d'enseignement magistral et 2h30 heures de travaux pratiques chaque semaine. De plus, 3 séances de laboratoire et 1 projet de modélisation numérique sont aussi prévus.

 

Des exemples simples seront faits en classe pour permettre aux étudiants de bien assimiler les éléments de la théorie ainsi que les concepts présentés pendant le cours. D'autres exemples complémentaires seront faits pendant les séances de travaux pratiques. Durant ces dernières, une période de temps sera également réservée pour répondre aux questions des étudiants sur les exercices suggérés à la fin de ce plan de cours.




Utilisation d’appareils électroniques

La calculatrice symbolique obligatoire à l'ÉTS est fortement recommandée.  Le logiciel ANSYS Fluent est installé dans les salles informatiques du département de génie mécanique.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 08:30 - 11:30 Travaux pratiques et laboratoire
Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours
02 Mardi 18:00 - 21:00 Travaux pratiques et laboratoire
Jeudi 18:00 - 21:30 Activité de cours
03 Mardi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Jeudi 13:30 - 16:30 Travaux pratiques et laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Slimane Benneceur Activité de cours cc-slimane.benneceur@etsmtl.ca A-2112
02 Pascal Doran Activité de cours cc-pascal.doran@etsmtl.ca
03 Slimane Benneceur Activité de cours cc-slimane.benneceur@etsmtl.ca A-2112



Cours

 

Horaire

 

À noter: la numérotation correspond à l'édition 2 du manuel (version française). Un tableau de correspondance avec les autres versions est disponible sur Moodle.

 

Sem.

Description

Section(s) du manuel

Exercices suggérés*

01

(3h)

Notions générales

   

Définition d’un fluide

1-1

1-6C, 1-11C

Approche macroscopique

1-1, 2-1

1-9C

Dimensions et unités

1-6, 7-1, 7-2

1-24, 1-30, 7-15, 7-16

Approche macroscopique

2-2

2-3C, 2-9, 2-12

Viscosité

2-6, 1-3

2-63C, 2-67, 2-68, 2-69, 2-70, 2-81,
2-72, 2-77, 2-79

Modélisation et résolution des problèmes

1-7, 1-8

 

02-03

(6h)

Statique des fluides I & II

   

Pression

3-1

 

Distribution de pression dans un fluide au repos

3-1

3-2C, 3-6

Application aux mesures de pression

3-2

3-9, 3-19, 3-37E, 3-39, 3-27, 3-42

Force hydrostatique sur une paroi plane

3-3, 3-4

3-59C, 3-66, 3-68, 3-144, 3-67

Force hydrostatique sur une paroi courbe

3-5

3-72, 3-77, 3-73, 3-149

Principe d’Archimède

3-6

3-86C, 3-87C, 3-88C, 3-92

Mouvement en corps rigide de translation d’un fluide

3-7

3-98C, 3-100, 3-111

04 et 05

(4h et 1/2)

Dynamique élémentaire des fluides

   

Deuxième loi de Newton

6-1

 

Équation de Bernoulli pour les fluides incompressibles

5-4

5-25C, 5-35C, 5-37, 5-41

Pression statique, dynamique et d’arrêt

5-4

5-36C, 5-38, 5-57, 5-45

Lignes hydrauliques et lignes d’énergie

5-4

5-29C

Exemples d’application. Équation de Bernoulli pour les fluides compressibles. Équation de Bernoulli dans la direction normale. Exemples d'application (problèmes de cavitaion, tornade, mouvement de rotation rigide).

5-4

5-52, 5-53, 5-59, 5-40E, 5-98, 5-56, 5-98, exemple 5-10, 3-105, 3-112, 3-113.

05-06

(4h et 1/2)

Analyse par volume de contrôle I & II

   

Volume de contrôle. Définition du débit massique et volumique. Principe de conservation de la masse. Notion de dérivée matérielle. Principe de conservation de la quantité de mouvement linéaire.

 

 

Théorème de transport de Reynolds

4-6

4-87C, 4-89C

 

5-1, 5-2

5-1C, 5-2C, 5-6E, 5-10, 5-12

 

6-3, 6-4

6-4C, 6-7C, 6-15C, 6-20, 6-21, 6-25, 6-70

Bilan d’énergie. Équation de Bernoulli généralisée.

5-3, 5-5, 5-6

5-66C, 5-67C, 5-68C, 5-72, 5-73, 5-77, 5-87, 5-89, 5-91, 5-85

07-08

(6h) 

Écoulements dans les conduites I & II

   

Écoulements laminaires et turbulents

8-1, 8-2

8-1C, 8-3C, 8-7C, 8-8C

Notion de longueur d’entrée

8-3

8-13C, 8-14C

Écoulements laminaires

8-4

8-16C, 8-20C, 8-26, 8-43, 8-33

Écoulements turbulents

8-5

8-30, 8-44, 8-47, 8-82, 8-39

Pertes de charge locales

8-6

8-50C, 8-52C, 8-54C, 8-58, 8-59

Réseaux de conduites

8-7

8-70C, 8-72C, 8-78, 8-79, 8-83, 8-84, 8-89, 8-97

9

(3h)

Analyse dimensionnelle

   

Notion de similitude

7-1, 7-2, 7-3

7-33C, 7-37, 7-38, 7-39, 7-42

Théorème de Buckingham

7-4

7-48, 7-50, 7-52, 7-56, 7-82

Application pratique : les essais en soufflerie

7-5

7-78C, 7-85, 7-86

Regroupements adimensionnels fréquents

7-3, 7-5

 

10

(3h)

Introduction aux turbomachines

   

Rappels sur les mouvements rotatifs

6-5

 

Bilan de moment cinétique

6-6

6-50C, 6-55, 6-53

Théorie élémentaire des turbomachines

6-6, 14-2

6-59, 6-60

11

(3h)

Pompes et turbines

   

Types de pompes

14-2

14-11C, 14-14C, 14-13C

Sélection d’une pompe

8-7, 14-2

14-36, 14-58, 14-59, 14-62, 14-51

Lois de similitude pour les pompes

14-3

14-90C, 14-97, 14-99, 14-98

Types de turbines

14-4

14-76C, 14-77C

12

(3h)

Écoulements externes

   

Portance et traînée

11-1, 11-2

11-7C, 11-8C

Notion de couche limite

10-6

10-69C, 10-78C

Traînée de frottement et traînée de forme

11-3

11-5C

Coefficients de portance et de traînée

11-4, 11-5, 11-6, 11-7

11-31, 11-37, 11-42,11-49, 11-50, 11-92,  11-90, 11-108

13

(3h)

Écoulements compressibles

   

Propriétés de stagnation

12-1

12-12C, 12-3C, 12-5

Vitesse du son et nombre de Mach

12-2

12-14C, 12-20

Écoulements isentropiques 1-D: Équation de Bernoulli en compressible

12-2

12-17C, 12-21

Écoulements isentropiques dans les tuyères

12-3

12-36C, 12-39, 12-40, 12-45, 12-47, 12-48

 

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




Laboratoires et travaux pratiques

Séances de TP

Une liste d’exercices suggérés du manuel est fournie dans le tableau présenté dans la section "Cours" ci-dessus. Certains de ces exercices seront résolus durant les séances de TP. Les étudiants sont vivement encouragés à tenter de résoudre quelques exercices avant la séance de TP, de manière à profiter pleinement de la présentation de la solution. Il est à noter que la solution numérique de certains exercices est fournie dans le manuel pour aider les étudiants lors de leur préparation.

 

Remarques

  1. L’examen « intra » est d’une durée de 3 heures et se déroulera durant une période de travaux pratiques.
  2. L’utilisation d’une calculatrice est permise aux examens.
  3. Aucun autre document qu’un résumé de deux pages manuscrites (1 feuille recto-verso) ne sera permis aux examens.
  4. La présence aux laboratoires est obligatoire.
  5. La date de remise des rapports de laboratoire sera précisée en classe, en fonction de chacune des séances spécifiques; les travaux remis en retard seront pénalisés.

 




Utilisation d'outils d'ingénierie

Le logiciel de mécanique des fluides numériques ANSYS-Fluent est utilisé pour réaliser le projet du cours.




Évaluation

La note finale sera établie en fonction des résultats de l'examen « intra », de l’examen final, des 3 rapports de laboratoire ainsi que du rapport de projet selon la pondération suivante :

  • Examen intra : 35 %
  • Examen final : 35 %
  • Laboratoires : 18 % (7%, 7%, 4%)
  • Projet : 12 %

Une moyenne de 55 % ou plus aux examens (intra et final) est nécessaire pour passer le cours.

 

Un étudiant qui reprend le cours doit refaire les laboratoires et le projet.




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1, 3 20 juin 2019
2 18 juin 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

Les travaux remis en retard seront pénalisés.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, 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 ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » 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 obligatoire (disponible à la Coop de l´École)

  • Çengel, Y. A. & Cimbala, J. M.  2017, Mécanique des fluides, Fondements et applications.



Ouvrages de références

Références complémentaires

Cimbala, J. M. & Çengel, Y. A. 2014 Essentials of Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. 3rd ed., McGraw-Hill, New York.

Cimbala, J. M. & Çengel, Y. A. 2008 Essentials of Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill, New York.

Munson, B. R., Young, D. F. & Okiishi, T. H.  Fundamentals of Fluid Mechanics. John Wiley & Sons,.

Boisclair, G. & Pagé, J.  2004. Guide des sciences expérimentales. 3e éd., ERPI, St-Laurent.

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Voir site MOODLE.




Autres informations

Calendrier des activités groupe 01

 

Le tableau ci-dessous décrit le calendrier général des activités. Dépendamment des groupes et de la disponibilité des enseignants, des modifications mineures pourront être apportées pendant la session.

 

Sem. Date Description Remarques

 

01

2 mai

 

C1 – Notions générales

 

 

 

02

9 mai

7 mai

C2 – Statique des fluides – I

TP1 – Notions générales

 

 

03

16 mai

14 mai

C3 – Statique des fluides – II

TP2- Statique des fluides – I

Semaine pour le Labo. 1

 

04

23 mai

21 mai

C4 – Dynamique des fluides élémentaires

TP – Pas de TP

Semaine pour le Labo. 1 Changement d’horaire

 

 

05

30 mai

28 mai

C5 – Analyse par volume de contrôle-I

TP3 – Statique des fluides – II

 

 

06

6 juin

4 juin

C6 – Analyse par volume de contrôle-II

TP4 – Dynamique des fluides élémentaires

 

Semaine pour le Labo. 2

 

07

13 juin

11 juin

C7 – Écoulements en conduites– I

TP5 – Analyse par volume de contrôle-I

 

Semaine pour le Labo. 2

 

08

20 juin

18 juin

 C7 – Examen Partiel

TP6 – Analyse par volume de contrôle-II

 

 

 

 

09

 27 juin

25 juin

C8 – Écoulements en conduites– II

TP7 – Description du projet, Ansys CFD

 

 

10

4 juillet

2 juillet

C9 – Analyse dimensionnelle

TP8 – Écoulements en conduites

 

 

11

11 juillet

9 juillet

C10 – Introduction aux turbomachines

TP9 – Analyse dimensionnelle

 

 

 

12

18 juillet

16 juillet

C11 – Pompes et turbines

TP10­ Introduction aux turbomachines

Semaine pour le Labo. 3

 

 

13

25 juillet

23 juillet

C12 – Écoulements externes+ Écoulements compressibles

TP11 ­ Pompes et turbines + Écoulements externes

Semaine pour le Labo. 3

 

14

 

30 juillet

31 juillet

C12 – Écoulements externes

Fin des cours

 

 

 

 

 

Calendrier des activités groupe 02

 

Le tableau ci-dessous décrit le calendrier général des activités. Dépendamment des groupes et de la disponibilité des enseignants, des modifications mineures pourront être apportées pendant la session.

 

Sem. Date Description Remarques

01

30 avril

2 mai

TP1 – Pas de TP

C1 – Notions générales

 

02

7 mai

9 mai

TP2 – Notions générales

C2 – Statique des fluides – I

 

03

14 mai

16 mai

TP2 – Statique des fluides – I

C3 – Statique des fluides – II

Semaine pour le Labo. 1

04

21 mai

23 mai

TP3 – Pas de TP - Horaire du Lundi

C4 – Dynamique des fluides élémentaires

Semaine pour le Labo. 1

05

28 mai

 

30 mai

TP4 – Dynamique des fluides élémentaires &

Statique des fluides – II

C5 – Analyse par volume de contrôle-I

 

06

4 juin

6 juin

TP5 – Analyse par volume de contrôle-I

C6 – Analyse par volume de contrôle-II

Semaine pour le Labo. 2

07

11 juin

13 juin

TP6 – Analyse par volume de contrôle- II

C7 – Écoulements en conduites– I

Semaine pour le Labo. 2

08

18 juin

20 juin

TP7 – Examen Partiel

C8 – Écoulements en conduites– II

 

 

 

09

25 juin

27 juin

TP8 – Description du projet (intro fluent)

C9 – Analyse dimensionnelle

 

10

2 juillet

4 juillet

TP9 – Écoulements en conduites – I et II

C10 – Introduction aux turbomachines

Date limite d’abandon : 3 juillet

11

9 juillet

11 juillet

TP10 – Analyse dimensionnelle &

Introduction aux turbomachines

C11 – Pompes et turbines

 

Semaine pour le Labo. 3

12

16 juillet

18 juillet

TP11 – Pompes et turbines

C12 – Écoulements externes

Semaine pour le Labo. 3

13

23 juillet

25 juillet

TP12 – Écoulements externes

C13 – Écoulements compressibles

 

14

30 juillet

 

TP13 – Écoulements compressibles & révision

 

 

 

 

Calendrier des activités groupe 03

 

Le tableau ci-dessous décrit le calendrier général des activités. Dépendamment des groupes et de la disponibilité des enseignants, des modifications mineures pourront être apportées pendant la session.

 

Sem. Date Description Remarques

 

01

30 avril

2 mai

C1 – Notions générales

TP – pas de TP

 

 

02

7 mai

9 mai

C2 – Statique des fluides – I

TP1 – Notions générales

 

 

03

14 mai

16 mai

C3 – Statique des fluides – II

TP2- Statique des fluides – I

Semaine pour le Labo. 1

 

04

21 mai

23 mai

C- Pas de cours

TP3 – Statique des fluides – II

Changement d’horaire

Semaine pour le Labo. 1

 

05

28 mai

30 mai

C4 – Dynamique des fluides élémentaires

TP4 – Dynamique des fluides élémentaires

 

 

06

4 juin

6 juin

C5 – Analyse par volume de contrôle-I

TP5 – Analyse par volume de contrôle-I

Semaine pour le Labo. 2

 

07

11 juin

13 juin

C6 – Analyse par volume de contrôle-II

TP6 – Analyse par volume de contrôle-II

 

Semaine pour le Labo. 2

 

08

18 juin

20 juin

 C7 – Écoulements en conduites– I

TP7 – Examen Partiel

 

 

 

 

09

 25 juin

27 juin

C8 – Écoulements en conduites– II

TP8 – Description du projet, Ansys CFD

 

 

10

2 juillet

4 juillet

C9 – Analyse dimensionnelle

TP9 – Écoulements en conduites

 Date d’abandon

 3 juillet

 

11

9 juillet

11 juillet

C10 – Introduction aux turbomachines

TP10 –   Analyse dimensionnelle et Introduction aux turbomachines

 

 

 

12

16 juillet

18 juillet

C11 – Pompes et turbines

TP11 – Pompes et turbines

Semaine pour le Labo. 3

 

 

13

23 juillet

25 juillet

C12 – Écoulements externes

TP12 – Écoulements externes

Semaine pour le Labo. 3

 

14

 

30 juillet

31 juillet

C13 – Écoulements compressibles

Fin des cours