Calcul de l ecoulement turbulent dans les conduites en charge par la methode du modele rugueux de reference
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L'écoulement turbulent en conduite en charge est gouverné par la relation fonctionnelle suivanteç(Q,J,D,£,v) = 0, où Q est le débit volume, Jest le gradient de la perte de charge, D est le diamètre interne de la conduite, s est la hauteur moyenne des aspérités caractérisant l'état de la paroi interne de la conduite et v est la viscosité cinématique du liquide en écoulement. Parmi ces paramètres, seuls Q,DetJ sont d'un intérêt pratique. L'écoulement turbulent en conduite est modélisé par la relation bien connue de Darcy- Weisbach, en s'appuyant sur la formule de Colebrook-White pour le calcul du coefficient de frottement /. Cette relation est valable pour les nombres de Reynolds supérieurs à 2300. Lorsque Q, D,eetvsont donnés, la relation de Darcy-Weisbach permet le calcul du gradient J de la perte de charge, après avoir évalué la valeur du coefficient de frottement / en ayant cependant recours à un procédé itératif. Swamee and Jain ont donné la solution approximative à la relation de Colebrook-White, établie pour les gammes 5 x 103 < R < 108et 10~6 < elD < 10~2 du nombre de Reynolds et de la rugosité relative respectivement. La relation obtenue doit être utilisée avec précaution étan donnés les écarts inacceptables qu'elle pourrait occasionner, selon les valeurs de R et dee/D. La détermination directe du débit volume Q est possible, à condition que J, D, s andv soient donnés. Ceci a été démontré par Hager, lorsque le coefficient de frottement est éliminé entre les relations Darcy-Weisbach et de and Colebrook-White. D'autre part, le calcul du diamètre D de la conduite est beaucoup plus complexe. Il nécessite un procédé itératif au regard des équations de base qui gouvernent l'écoulement turbulent et conduite en charge, en dépit du fait que celles-ci aient été réduite par Swamee et Jain à une relation unique présentée en termes adimensionnels. L'objectif principal de cette étude est de proposer une nouvelle approche au calcul de l'écoulement turbulent en conduite sous pression. Les relations de base régissant l'écoulement sont appliquées à un modèle de conduite rugueuse caractérisée par une rugosité relative arbitrairement choisie. Il s'agit d'un modèle rugueux de référence à partir duquel sont déduites les caractéristiques recherchées de l'écoulement dans la conduite étudiée. L'écoulement est ou supposé être dans le domaine de pleine turbulence de sorte que le coefficient de frottement soit égal à 1/16, conformément à la relation de Colebrook-White pour iî->•<». En appliquant la relation de Darcy-Weisbach, il est possible d'exprimer les caractéristiques de l'écoulement dans le modèle rugueux de référence, en particulier le gradient de la perte de charge J, le diamètre D, le débit Q et le nombre de Reynolds R. En outre, le calcul des trois paramètres de l'écoulement ayant un intérêt pratique, à savoir le débit Q(D,J,s,v), le diamètre D(Q,J,s,v)et le gradient J(Q,D,s,v) sont déterminés par application d'équations explicites significatives couvrant tout le domaine du diagramme de Moody. Le calcul est mené conformémen t aux étapes suivantes: (i) Le calcul du débit Q(D,J,e,v) est effectué en assumant les trois conditions suivantes : Q,D = DetJ = J . Le nombre de Reynolds R est alors bien défini et le débit requis est donn é par la solution exacte de l'équation originale implicite Colebrook. (ii) Le calcul du diamètre D(Q, J,e,v) est mené en assumant les trois conditions suivantes : Q = Q, D*D et J = J. Le diamètre D et le nombre de Reynolds tfsont alors tous deux déterminés...
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