MEC335 - Hiver 2023

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Azzeddine Soulaïmani

PLAN DE COURS

Hiver 2023
MEC335 : Mécanique des fluides (4 crédits)

Préalables

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8

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

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 ou l'étudiante 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 :

l’application des principes gouvernant les écoulements de fluides incompressibles;
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	Mercredi	08:30 - 12:00	Activité de cours
	Jeudi	08:30 - 11:30	Travaux pratiques et laboratoire
02	Mercredi	13:30 - 17:00	Activité de cours
	Vendredi	08:30 - 11:30	Travaux pratiques et laboratoire

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Marlène Sanjosé	Activité de cours	Marlene.Sanjose@etsmtl.ca	A-2144	Jeudi PM
01	Marlène Sanjosé	Travaux pratiques et laboratoire	Marlene.Sanjose@etsmtl.ca	A-2144	Jeudi PM
01	Zaïd Boucetta	Travaux pratiques et laboratoire	zaid.boucetta.1@ens.etsmtl.ca
02	Azzeddine Soulaïmani	Activité de cours	Azzeddine.Soulaimani@etsmtl.ca	A-2135
02	May Chahine	Travaux pratiques et laboratoire	cc-May.Chahine@etsmtl.ca	A-2112

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	Écoulements compressibles

* 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

L’examen « intra » est d’une durée de 3 heures et se déroulera durant une période de travaux pratiques.
L’utilisation d’une calculatrice est permise aux examens.
Aucun autre document qu’un résumé de deux pages manuscrites (1 feuille recto-verso) ne sera permis aux examens.
La présence aux laboratoires est obligatoire.
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.

Double seuil
Note minimale : 55

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	23 février 2023
2	24 février 2023

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).

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

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

Munson, Young, Okiishi traduit en français par Ouchedri, Hajjout et Robert 2019, Mécanique des fluides, 8^eÉdition, Raynald Goulet.

Munson et al.: Fundamentals of Fluid Mechanics, 8^th Edition, John Wiley.

Ouvrages de références

Références complémentaires

Cimbala, J. M. & Çengel, Y. A. 2014 Essentials of Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. 3^rd 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. 5^th Ed., McGraw-Hill, Boston.
Fox, R. W., McDonald, A. T. & Pritchard, P. J. 2006 Introduction to Fluid Mechanics. 6^th Ed., John Wiley & Sons, New York.
Boisclair, G. & Pagé, J. 2004 Guide des sciences expérimentales. 3^e éd., ERPI, St-Laurent.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Voir site MOODLE.

https://ena.etsmtl.ca

Autres informations

Programme(s) : 7684,7884

Profils(s) : Tous profils

Calendrier des activités groupe 01

Sem.	Date	Description	Remarques
01	4 janvier 5 janvier	Pas de cours (relâche) C1 – Notions générales	Le cours remplace la première séance de TD!
02	11 janvier 12 janvier	C2 – Statique des fluides – I TP1-2 – Notions générales + Statique des fluides I	Devoir 1
03	18 janvier 19 janvier	C3 – Statique des fluides – II TP3 – Statique des fluides – II	Semaine pour le Laboratoire 1
04	25 janvier 26 janvier	C4 – Dynamique des fluides élémentaires TP4 – Dynamique des fluides élémentaires
05	1 février 2 février	C5 – Analyse par volume de contrôle-I TP5 – Analyse par volume de contrôle-I	Devoir 2
06	8 février 9 février	C6 – Analyse par volume de contrôle-II TP6 – Analyse par volume de contrôle-II	Semaine pour le Laboratoire 2
07	15 février 16 février	C7 – Analyse par volume de contrôle-III TP7 – Révisions
08	22 février 23 février	C8 - Écoulements en conduites – I Examen Partiel (cours C1 à C6 et TP 1 à 6)
09	1 mars 3 mars	Pas de cours (relâche) Pas de TP (relâche)
10	8 mars 9 mars	C9 – Écoulements en conduites– II TP8 – Introduction au logiciel CFD Fluent	Début du projet numérique
11	15 mars 16 mars	C10 – Analyse dimensionnelle TP9 - Écoulements en conduites– I & II	16 mars date limite d’abandon
11	22 mars 23 mars	C11 – Pompes et turbines - I TP10-11 – Analyse dimensionnelle & pompes
12	29 mars 30 mars	C12 – Pompes et turbines - II TP12 – Pompes et turbines	Semaine pour le Laboratoire 3
13	5 avril 6 avril	C13 – Écoulements externes TP13 – Écoulements externes
14	12 avril 13 avril	Compléments et révisions Pas de TP (horaire du lundi)	Remise du projet numérique

Pour les devoirs : remise au cours suivant.
Pour les laboratoires : remise 10 jours après le dernier groupe.

Calendrier des activités groupe 02

Sem.	Date	Description	Remarques
01	11 janvier 13 janvier	C1 - Notions générales TP1 - Notions générales	Formation des équipes pour les Labs
02	18 janvier 20 janvier	C2 – Statique des fluides – I TP2 – Statique des fluides - I
03	25 janvier 27 janvier	C3 – Statique des fluides – II TP3 – Statique des fluides – II	Semaine pour le laboratoire 1
04	1 février 3 février	C4 – Dynamique des fluides élémentaires TP4 – Dynamique des fluides élémentaires	Semaine pour le laboratoire 1
05	8 février 10 février	C5 – Analyse par volume de contrôle-I TP5 – Dynamique (suite) & Analyse par volume de contrôle-I
06	15 février 17 février	C6 – Analyse par volume de contrôle-II TP6 – Analyse par volume de contrôle-II
07	22 février 24 février	C7 – Écoulements en conduites – I TP7 – Examen Partiel (cours 1 à 6)	Semaine pour le Laboratoire 2
08	1 mars 3 mars	Pas de cours (relâche) Pas de TP (relâche)
09	8 mars 10 mars	C8 - Écoulements dans les conduites - II TP8 - Écoulements dans les conduites I & II	Semaine pour le laboratoire 2
10	15 mars 17 mars	C9 – Analyse dimensionnelle TP9 - Introduction au logiciel Fluent
11	22 mars 24 mars	C10 – Introduction aux turbomachines TP10 - Analyse dimensionnelle	Semaine pour le laboratoire 3 (16 mars :date limite d’abandon)
12	29 mars 30 mars	C11 – Pompes et turbines TP11 – Introduction aux turbomachines	Semaine pour le Laboratoire 3
13	5 avril 7 avril	C12 – Écoulements externes TP12 – Congé férié
14	12 avril 14 avril	C13 - Exercices sur les écoulements externes. Aperçu sur les écoulements compressibles. TP12 - Utilisation des pompes	Remise du projet final