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Responsable(s) Azzeddine Soulaïmani

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École de technologie supérieure
Département de génie mécanique
Responsable(s) de cours : Azzeddine Soulaïmani


PLAN DE COURS

Automne 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 13:30 - 17:00 Activité de cours
Jeudi 08:30 - 11:30 Travaux pratiques et laboratoire
02 Mercredi 13:30 - 16:30 Travaux pratiques et laboratoire
Samedi 08:30 - 12:00 Activité de cours
03 Mardi 18:00 - 21:00 Travaux pratiques et laboratoire
Mercredi 18:00 - 21:30 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Azzeddine Soulaïmani Activité de cours Azzeddine.Soulaimani@etsmtl.ca A-2135
02 May Chahine Activité de cours cc-May.Chahine@etsmtl.ca A-2112
03 Abdelouahab Mohammed Taifour Activité de cours cc-Abdelouahab.Mohammed-Taifour@etsmtl.ca



Cours

Sem.

Description

Section(s) du manuel

Exercices suggérés*

01

Notions générales

   

Définition d’un fluide

1.1

 

Approche macroscopique

1.1

 

Dimensions et unités

1.2

1.1, 1.5, 1.11, 1.12

Propriété d’un fluide

1.4, 1.5, 1.7, 1.8

1.14, 1.16

Viscosité

1.6

1.22, 1.23, 1.24, 1.26, 1.27, 1.28

02-03

Statique des fluides I & II

   

Pression

2.1, 2.2

 

Distribution de pression dans un fluide au repos

2.3, 2.4

2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6

Application aux mesures de pression

2.5, 2.6, 2.7

2.10, 2.3, 2.14, 2.15

Force hydrostatique sur une paroi plane

2.8, 2.9

2.24, 2.25, 2.29, 2.31

Force hydrostatique sur une paroi courbe

2.10

2.39, 2.41, 2.42, 2.44

Principe d’Archimède

2.11

2.47

Mouvement en corps rigide d’un fluide

2.12.1

2.52, 2.53

04-05

Dynamique élémentaire des fluides

   

Deuxième loi de Newton

3.1

3.2, 3.3

Équation de Bernoulli

3.2, 3.3, 3.4

3.1, 3.11

Pression statique, dynamique et d’arrêt

3.5

3.12, 3.13

Exemples d’application

3.6

3.14, 3.15, 3.20, 3.21, 3.24, 3.25

Ligne d’énergie

3.7

 

 

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

3.8

3.6, 3.7, 3.8, 3.68

05-06

Analyse par volume de contrôle I & II

   

Volume de contrôle

4.3

 

Théorème de transport de Reynolds

4.4

 

Bilan de masse

5.1

5.3, 5.6, 5.12

Bilan de quantité de mouvement linéaire

5.2.1, 5.2.2

5.28, 5.29, 5.32, 5.35

Bilan d’énergie

5.3

5.63, 5.70, 5.72, 5.76, 5.77, 5.79, 5.80

07-08

Écoulements en conduites I & II

   

Écoulements laminaires et turbulents

8.1

 

Notion de longueur d’entrée

8.1

 

Écoulements laminaires en conduite

8.2

8.6, 8.12

Écoulements turbulents en conduite

8.3

8.15, 8.16, 8.17

Pertes de charge locales

8.4

8.32, 8.33

Réseaux de conduites

8.5

8.68, 8.70

9

Analyse dimensionnelle

   

Notion de similitude

7.1, 7.8

7.37, 7.39, 7.40

Théorème de Buckingham

7.2, 7.3, 7.4

7-5, 7.6, 7.8, 7.9

Applications pratiques

7.9

7.29, 7.30

Regroupements adimensionnels fréquents

7.6

7.20

10

Introduction aux turbomachines

   

Rappels sur les mouvements rotatifs

5.2.4

 

Bilan de moment cinétique

5.2.4

5.55

Théorie élémentaire des turbomachines

10.4

10.5, 10.6

11

Pompes et turbines

   

Types de pompes

10.6, 10.7

 

Sélection d’une pompe

10.4

10.12, 10.13, 10.14

Lois de similitude pour les pompes

10.5

10.16, 10-17, 10.18

Types de turbines

10.8

 

12

Écoulements externes

   

Portance et traînée

9.2, 9.3, 9.4

 

Notion de couche limite

9.2

 

Traînée de frottement et traînée de forme

9.3

 

Coefficients de portance et de traînée

9.3, 9.4

9.20, 9.30, 9.40, 9.43, 9.49

13

Révision

Conférence

   

 

* 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.

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
3 29 octobre 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)

  • Munson, Young, Okiishi traduit en français par Ouchedri, Hajjout et Robert 2019, Mécanique des fluides,  8e Edition, Raynald Goulet

OU

  • Munson et al.: Fundamentals of Fluid Mechanics, 8th edition, John Wiley.



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.
  • White, F. M.  2003  Fluid Mechanics. 5th ed., McGraw-Hill, Boston.
  • Fox, R. W., McDonald, A. T. & Pritchard, P. J.  2006  Introduction to Fluid Mechanics. 6th ed., John Wiley & Sons, New York.
  • 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.

https://ena.etsmtl.ca




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. Duré de la séance Description Remarques

01

3 h

C1 – Notions générales

TP – Pas de TP

 

02

3 h

C2 – Statique des fluides – I

TP1 – Notions générales

 

03

3 h

C3 – Statique des fluides – II

TP2 - Statique des fluides – I

Sem. pour le labo 1

04

3 h

C4 – Dynamique élémentaires des fluides

TP3 – Statique des fluides – II

Sem. pour le labo 1

05

3 h

C5 – Dynamique élémentaires des fluides. Analyse par volume de contrôle – I

TP4 – Bernoulli

 

06

3 h

C6 – Analyse par volume de contrôle – II

TP5 – Bernoulli. Analyse par volume de contrôle – I

Sem. pour le labo 2

07

3 h

C7 – Écoulements dans les conduites – I

TP6 – Analyse par volume de contrôle- II

 Sem. pour le labo 2

08

3 h

C8 – Écoulements dans les conduites – II

TP7 – Examen partiel 

 

09

3 h

C9 – Analyse dimensionnelle

TP8 – Description du projet Ansys CFD

 

10

3 h

C10 – Introduction aux turbomachines

TP9 – Écoulements dans les conduites – I & II. Analyse dimensionnelle

Date limite d'abandon :

11 novembre 2019 

11

3 h

C11 – Pompes et turbines

TP10 – Turbomachines

Sem. pour le labo 3

12

3 h

C12 – Écoulements externes

TP11 – Pompes et turbines

Sem. pour le labo 3

13

3 h

C13 – Révision et Conférence

TP12 – Révision

28 novembre: date limite pour la remise du projet

 

 

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

02

7 sept.

11 sept.

C1 – Notions générales

TP1 – Notions générales

 

03

14 sept.

18 sept.

C2 – Statique des fluides – I

TP2 – Statique des fluides – I

Sem. pour le labo 1

04

21 sept.

25 sept.

C3 – Statique des fluides – II

TP3 – Statique des fluides – II

Sem. pour le labo 1

05

28 sept.

2 oct.

C4 – Dynamique des fluides élémentaires

TP4 – Dynamique des fluides élémentaires

 

06

5 oct.

9 oct.

C5 – Analyse par volume de contrôle – I

TP5 – Analyse par volume de contrôle – I

Sem. pour le labo 2

07

12 oct.

16 oct.

C6 – Analyse par volume de contrôle – II

TP6 – Analyse par volume de contrôle – II

Sem. pour le labo 2

08

19 oct.

23 oct.

C7 – Écoulements en conduites – I

TP7 – Examen partiel

 

09

26 oct.

6 nov.

C8 – Écoulements en conduites – II

TP8 – Écoulements en conduites – I 

 

10

9 nov.

13 nov.

C9 – Analyse dimensionnelle

TP9 – Description du projet (intro FLUENT)

 

11

16 nov.

20 nov.

C10 – Introduction aux turbomachines

TP10 – Introduction aux turbomachines

Date limite d’abandon :

11 novembre 2019

Semaine pour le Labo 3

12

23 nov.

27 nov.

C11 – Pompes et turbines

TP11 – Pompes et turbines

Sem. pour le labo 3

13

30 nov.

4 déc.

C12 – Écoulements externes

TP12 – Écoulements externes

 

14

7 déc.

C13 – Écoulements compressibles

 

 

 

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

4 sept.

3 sept.

C1 – Notions générales

TP – Pas de TP

 

02

11 sept.

10 sept.

C2 – Statique des fluides – I

TP1 – Exercices : Notions générales

Sem. pour le labo 1

03

18 sept.

17 sept.

C3 – Statique des fluides – II

TP2 – Exercices : Statique I

Sem. pour le labo 1

04

25 sept.

24 sept.

C4 – Dynamique élémentaire des fluides

TP3 – Exercices : Statique II

 

05

2 oct.

1er oct.

C5 – Analyse par volume de contrôle – I

TP4 – Exercices : Dynamique élémentaire des fluides

 

06*

9 oct.

8 oct.

C6 – Analyse par volume de contrôle – II

TP5 – Exercices : Analyse par volume de contrôle - I

Sem. pour le labo 2

07*

16 oct.

15 oct.

C7 – Écoulements en conduites – I

TP – Pas de TP

Sem. pour le labo 2

Mardi = horaire du lundi

08

23 oct.

22 oct.

C8 – Écoulements en conduites – II

TP6 – Exercices : Analyse par volume de contrôle – II 

 

09

30 oct.

29 oct.

C – Pas de cours

TP7 – Intra

Mercredi : horaire du jeudi

10

6 nov.

5 nov.

C9 – Analyse dimensionnelle

TP8 – Exercices : Écoulements en conduites I et II 

 

11

13 nov.

12 nov.

C10 – Introduction aux turbomachines

TP9 – Description du projet (intro FLUENT)

Date limite d'abandon :

11 novembre 2019

Sem. pour le labo 3

12

20 nov.

19 nov.

C11 – Pompes et turbines

TP10 – Exercices : introduction aux turbomachines

Sem. pour le labo 3

13

27 nov,

26 nov.

C12 – Écoulements externes

TP11 – Exercices : Pompes et turbines

 

14

4 déc.

3 déc.

C13 – Révision

TP12 – Exercices : Écoulements externes