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Programme(s) : 7684,7884

Profils(s) : Tous profils

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Louis Dufresne

PLAN DE COURS

Automne 2021
MEC556 : Aérothermodynamique des écoulements (3 crédits)

Préalables

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

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 :

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

Stratégies pédagogiques

Le cours sera donné en ligne (via Zoom) en mode synchrone. Une période de trois (3) heures par semaine est prévue pour présenter la matière de même qu’une période de deux (2) heures est aussi prévue pour les séances de travaux pratiques (TP).

De manière à rendre le plus efficace et dynamique possible le temps passé sur la plateforme Zoom, il est attendu que les étudiantes et étudiants aient fait au préalable, avant chaque séance, les lectures et exercices appropriés, prévus au plan de cours (voir aussi le Plan de travail hebdomadaire – Session A-21). Au besoin, une période de temps pourra aussi être réservée, plus particulièrement durant les séances de TP, pour discuter et répondre aux questions concernant les exercices suggérés.

Utilisation d’appareils électroniques

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

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Lundi	13:30 - 15:30	Travaux pratiques
	Mardi	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
01	Arnaud Le Floch	Travaux pratiques	arnaud.lefloch@etsmtl.ca

Cours

Organisation du 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

Calendrier des activités

Sem.	Date	Description	Remarques
01	31 août. 06 sept.	C – Principes de base et rappel	Congé de la Fête du travail
02	07 sept. 13 sept.	C – Analyse différentielle des écoulements I TP
03	14 sept. 20 sept.	C – Analyse différentielle des écoulements II TP
04	21 sept. 27 sept.	C – Analyse différentielle des écoulements III TP	Devoir 1
05	28 sept. 04 oct.	C – Analyse différentielle des écoulements IV TP
06	05 oct. 11 oct.	C – Écoulements de couche limite I	Congé de l’Action de grâce
	12 oct.	TP	Examen-maison 1 ; Horaire du lundi
07	19 oct. 25 oct.	C – Écoulements de couche limite II TP	Entrevues de stage : 18-29 octobre
08	26 oct. 01 nov.	C – Écoulements de couche limite III TP	Devoir 2
09	02 nov. 08 nov.	C – Écoulements de couche limite IV TP	Date limite d’abandon : 07 nov.
10	09 nov. 15 nov.	C – Écoulements compressibles I TP
11	16 nov. 22 nov.	C – Écoulements de compressibles II TP
12	23 nov. 29 nov.	C – Écoulements de compressibles III TP
13	30 nov.	C – Écoulements de compressibles IV	Examen-maison 2 (date à confirmer) Fin des cours : 04 déc.

Utilisation d'outils d'ingénierie

Sans objet.

Évaluation

La note finale sera établie en fonction des résultats de deux (2) examens « intra » et de deux (2) devoirs selon la pondération suivante :

Activité	Description	%
Examen-maison 1	Travail individuel ; toute documentation permise ; le temps alloué sera à confirmer. Les travaux remis en retard et sans justification valable seront pénalisés.	35
Examen-maison 2	Travail individuel ; toute documentation permise ; le temps alloué sera à confirmer. Les travaux remis en retard et sans justification valable seront pénalisés.	35
Devoirs	Les travaux remis en retard et sans justification valable seront pénalisés.	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.

Double seuil
Note minimale : 50

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
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).

Infractions de nature académique
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/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) 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

Le manuel suivant est recommandé pour le cours :

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

En complément au manuel précédent, les étudiantes et étudiants pourront également se procurer (disponible en version électronique à la Bibliothèque de l’ÉTS) :

Granger, R.A. 1985 Fluid Mechanics. Holt, Rinehart & Winston; Dover republication 1995.

Ouvrages de références

Anderson, J.D., 2011 Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill, 5th Ed.
Batchelor, G.K. 1967 An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge Univ. Press.
Comolet, R. 2002 Mécanique expérimentale des fluides. 1. Statique et dynamique des fluids non visqueux. Dunod, 5e Éd.
Comolet, R. 2006 Mécanique expérimentale des fluides. 2. Dynamique des fluids reels, turbomachines. Dunod, 4e Éd.
Comolet, R. & Bonnin, J. 2003 Mécanique expérimentale des fluides. 3. Recueil d’exercices corrigés avec rappel de cours. Dunod, 5e Éd.
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.
Kundu, P.K., Cohen, I.M., & Dowling, D.R. 2012 Fluid Mechanics. Academic Press, 5th Ed.
Liepmann, H.W. & Roshko. A. 1957 Elements of Gas Dynamics. J. Wiley & Sons.
Munson, B.R., Rothmayer, A.P., Okiishi, T.H., & Huebsch, B.R. 2012 Fundamental of Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 7th Ed.
Schlichting, H. & Gersten, K. 2000 Boundary Layer Theory. Springer-Verlag, 8th Ed.
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.
Van Dyke, M. 1982 An Album of Fluid Motion. Parabolic Press.
White, F.M. 2010 Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 7th Ed.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/