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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Louis Dufresne


PLAN DE COURS

Automne 2024
MEC556 : Aérothermodynamique des écoulements (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7684,7884
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    MEC335    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 54,6 % 45,4 %




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
Ce cours vise à introduire 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’étudiante ou 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 :

  1. Distinguer une couche limite laminaire d’une couche limite turbulente et d’en quantifier les principales caractéristiques ;
  2. Identifier les effets de compressibilité dans un écoulement isentropique 1-D et d’en calculer les principales caractéristiques ;
  3. Quantifier les changements de propriétés associés aux ondes de choc (droite et oblique) et aux ondes de détente ;
  4. 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-24). 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 Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Jeudi 13:30 - 15:30 Travaux pratiques et laboratoire



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Louis Dufresne Activité de cours Louis.Dufresne@etsmtl.ca A-2116
01 Baptiste Cunha Travaux pratiques et laboratoire baptiste.cunha.1@ens.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

 03 sept.

 05 sept.

 C – Principes de base et rappel

 

 

 Premier TP le 19 sept.

02

 10 sept.

 12 sept.

 C – Analyse différentielle des écoulements I

 

 

 Congé relâche

03

 17 sept.

 19 sept.

 C – Analyse différentielle des écoulements II

 TP

 

04

 24 sept.

 26 sept.

 C – Analyse différentielle des écoulements III

 TP

 Devoir 1

05

 01 oct.

 03 oct.

 C – Analyse différentielle des écoulements IV

 TP

 

 

06

 08 oct.

 10 oct.

 C – Écoulements de couche limite I

 TP

 

 Congé de l'Action de grâce : 14. oct.

 

 15 oct.

 17 oct.

 

 TP

 Congé relâche

 Examen-maison 1

07

 22 oct.

 24 oct.

 C – Écoulements de couche limite II

 TP

 

08

 29 oct.

 31 oct.

 C – Écoulements de couche limite III

 TP

 

09

 05 nov.

 07 nov.

 C – Écoulements de couche limite IV

 TP

 Devoir 2

 

10

 12 nov.

 14 nov.

 C – Écoulements compressibles I

 TP

 Date limite d’abandon : 11 nov.

11

 19 nov.

 21 nov.

 C – Écoulements compressibles II

 TP

 

12

 26 nov.

 28 nov.

 C – Écoulements compressibles III

 TP

 

13

 03 déc.

 05 déc.

 C – Écoulements compressibles IV

 TP

 Examen-maison 2 (date à confirmer)

 Fin des cours : 07 déc.



Utilisation d'outils d'ingénierie

Sans objet.


Évaluation

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 : 60



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 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou 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 une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) 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 étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-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 tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.



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 fluides non visqueux. Dunod, 5e Éd.
  • Comolet, R. 2006  Mécanique expérimentale des fluides. 2. Dynamique des fluides 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/