Exercice&Nbsp;: Temps De Vidange D'un RÉServoir [Hydraulique Pour Le GÉNie Des ProcÉDÉS] | À Vendre Maison Paris 15E Arrondissement Île-De-France
Vidange d'une clepsydre (20 minutes de préparation) Un réservoir de forme sphérique, de rayon R = 40 cm, est initialement rempli à moitié d'eau de masse volumique ρ = 10 3 kg. m – 3. La pression atmosphérique P 0 règne au-dessus de la surface libre de l'eau grâce à une ouverture pratiquée au sommet S du réservoir. On ouvre à t = 0 un orifice A circulaire de faible section s = 1 cm 2 au fond du réservoir. Question Établir l'équation différentielle en z s (t), si z s (t) est la hauteur d'eau dans le réservoir comptée à partir de A, à l'instant t. Solution En négligeant la vitesse de la surface libre de l'eau, le théorème de Bernoulli entre la surface et la sortie A donne: \(P_0 + \mu gz = P_0 + \frac{1}{2}\mu v_A^2\) D'où: \(v_A = \sqrt {2gz_S}\) On retrouve la formule de Torricelli. L'eau étant incompressible, le débit volumique se conserve: \(sv_A = - \pi r^2 \frac{{dz_S}}{{dt}}\) Or: \(r^2 = R^2 - (R - z_S)^2 = z_S (2R - z_S)\) Soit, après avoir séparé les variables: \((2R - z_S)\sqrt {z_S} \;dz_S = - \frac{{s\sqrt {2g}}}{\pi}\;dt\) Question Exprimer littéralement, puis calculer, la durée T S de vidange de ce réservoir.
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Vidange de rservoirs Théorème de Torricelli On considère un récipient de rayon R(z) et de section S 1 (z) percé par un petit trou de rayon r et de section S 2 contenant un liquide non visqueux. Soit z la hauteur verticale entre le trou B et la surface du liquide A. Si r est beaucoup plus petit que R(z) la vitesse du fluide en A est négligeable devant V, vitesse du fluide en B. Le théorème de Bernouilli permet d'écrire que: PA − PB + μ. g. z = ½. μ. V 2. Comme PA = PB (pression atmosphérique), il vient: V = (2. z) ½. La vitesse d'écoulement est indépendante de la nature du liquide. Écoulement d'un liquide par un trou Si r n'est pas beaucoup plus petit que R(z), la vitesse du fluide en A n'est plus négligeable. On peut alors écrire que S1. V1 = S2. V2 (conservation du volume). Du théorème de Bernouilli, on tire que: La vitesse d'écoulement varie avec z. En écrivant la conservation du volume du fluide, on a: − S 1 = S 2. V 2 Le récipient est un volume de révolution autour d'un axe vertical dont le rayon à l'altitude z est r(z) = a. z α S 1 = π. r² et S 2 = πa².
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Vidange dun rservoir Exercices de Cinématique des fluides 1) On demande de caractériser les écoulements bidimensionnels, permanents, ci-après définis par leur champ de vitesses. a). b) c) d) | Réponse 1a | Rponse 1b | Rponse 1c | Rponse 1d | 2) On étudie la possibilité découlements bidimensionnels, isovolumes et irrotationnels. On utilise, pour le repérage des particules du fluide, les coordonnées polaires habituelles (). 2)a) Montrer quil existe, pour cet écoulement, une fonction potentiel des vitesses, solution de léquation aux dérivées partielles de Laplace. On étudie la possibilité de solutions élémentaires où le potentiel ne dépend soit que de, soit que de. 2)b) Calculer le champ des vitesses. Après avoir précisé la situation concrète à laquelle cette solution sapplique, calculer le débit de lécoulement. 2)c) Calculer le champ des vitesses. Préciser la situation concrète à laquelle cette solution sapplique. 2a | Rponse 2b | Rponse 2c | 3) On considère un fluide parfait parfait (viscosité nulle), incompressible (air à des faibles vitesses découlement) de masse volumique m entourant un obstacle cylindrique de rayon R et daxe Oz.
Lorsque;, on se trouve dans le cas de l'écoulement permanent (formule de Torricelli), on peut donc écrire:
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