DÉBIT VOLUMÉTRIQUE: CALCUL ET CE QUI L'AFFECTE - PHYSIQUE - 2025

Le débit volumique détermine le volume de fluide s'écoulant à travers une section du conduit et fournit une mesure de la vitesse à laquelle le fluide se déplace. Par conséquent, sa mesure est particulièrement intéressante dans des domaines aussi divers que l'industrie, la médecine, la construction et la recherche, entre autres.

Cependant, mesurer la vitesse d'un fluide (qu'il s'agisse d'un liquide, d'un gaz ou d'un mélange des deux) n'est pas aussi simple que de mesurer la vitesse de déplacement d'un corps solide. Par conséquent, il arrive que pour connaître la vitesse d'un fluide, il soit nécessaire de connaître son débit.

Cette question et beaucoup d'autres liées aux fluides sont traitées par la branche de la physique connue sous le nom de mécanique des fluides. Le débit est défini comme la quantité de fluide qui traverse une section d'un conduit, qu'il s'agisse d'un tuyau, d'un oléoduc, d'une rivière, d'un canal, d'un conduit sanguin, etc., en tenant compte d'une unité de temps.

Habituellement, le volume qui traverse une zone donnée dans une unité de temps est calculé, également appelé débit volumétrique. Le débit massique ou massique qui traverse une zone donnée à un moment donné est également défini, bien qu'il soit moins utilisé que le débit volumétrique.

Calcul

Le débit volumétrique est représenté par la lettre Q. Pour les cas où le débit se déplace perpendiculairement à la section du conducteur, il est déterminé par la formule suivante:

Q = A = V / t

Dans cette formule, A est la section du conducteur (c'est la vitesse moyenne du fluide), V est le volume et t est le temps. Etant donné que dans le système international la surface ou la section du conducteur est mesurée en m ² et la vitesse en m / s, le débit est mesuré en m ³ / s.

Pour les cas où la vitesse du déplacement du fluide crée un angle θ avec la direction perpendiculaire à la section de surface A, l'expression pour déterminer le débit est la suivante:

Q = A cos θ

Ceci est cohérent avec l'équation précédente, puisque lorsque l'écoulement est perpendiculaire à la zone A, θ = 0 et, par conséquent, cos θ = 1.

Les équations ci-dessus ne sont vraies que si la vitesse du fluide est uniforme et si l'aire de la section est plate. Sinon, le débit volumétrique est calculé par l'intégrale suivante:

Q = ∫∫ _s vd S

Dans cette intégrale dS est le vecteur de surface, déterminé par l'expression suivante:

dS = n dS

Là, n est le vecteur unitaire normal à la surface du conduit et dS un élément différentiel de surface.

Équation de continuité

Une caractéristique des fluides incompressibles est que la masse du fluide est conservée au moyen de deux sections. Pour cette raison, l'équation de continuité est satisfaite, ce qui établit la relation suivante:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

Dans cette équation, ρ est la densité du fluide.

Pour les cas de régimes en flux permanent, dans lesquels la densité est constante et, par conséquent, on vérifie que ρ ₁ = ρ ₂, elle se réduit à l'expression suivante:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Cela équivaut à affirmer que le flux est conservé et donc:

Q ₁ = Q ₂.

De l'observation de ce qui précède, il s'ensuit que les fluides accélèrent lorsqu'ils atteignent une section plus étroite d'un conduit, alors qu'ils ralentissent lorsqu'ils atteignent une section plus large d'un conduit. Ce fait a des applications pratiques intéressantes, car il permet de jouer avec la vitesse de déplacement d'un fluide.

Le principe de Bernoulli

Le principe de Bernoulli détermine que pour un fluide idéal (c'est-à-dire un fluide qui n'a ni viscosité ni frottement) qui se déplace en circulation à travers un conduit fermé, son énergie reste constante tout au long de son déplacement.

En fin de compte, le principe de Bernoulli n'est rien de plus que la formulation de la loi de conservation de l'énergie pour l'écoulement d'un fluide. Ainsi, l'équation de Bernoulli peut être formulée comme suit:

h + v ² / 2g + P / ρg = constante

Dans cette équation, h est la hauteur et g est l'accélération due à la gravité.

L'équation de Bernoulli prend en compte l'énergie d'un fluide à tout moment, une énergie constituée de trois composants.

- Une composante cinétique qui comprend de l'énergie, en raison de la vitesse à laquelle le fluide se déplace.

- Une composante générée par le potentiel gravitationnel, en conséquence de la hauteur à laquelle se trouve le fluide.

- Une composante de l'énergie d'écoulement, qui est l'énergie qu'un fluide possède en raison de la pression.

Dans ce cas, l'équation de Bernoulli s'exprime comme suit:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = constante

Logiquement, dans le cas d'un fluide réel l'expression de l'équation de Bernoulli n'est pas remplie, car des pertes par frottement se produisent dans le déplacement du fluide et il est nécessaire de recourir à une équation plus complexe.

Qu'est-ce qui affecte le débit volumétrique?

Le débit volumétrique sera affecté s'il y a un blocage dans le conduit.

De plus, le débit volumétrique peut également changer en raison des variations de température et de pression dans le fluide réel qui se déplace dans un conduit, surtout s'il s'agit d'un gaz, car le volume qu'un gaz occupe varie en fonction du température et pression auxquelles il se trouve.

Méthode simple de mesure du débit volumétrique

Une méthode très simple de mesure du débit volumétrique consiste à laisser un fluide s'écouler dans un réservoir de dosage pendant une période de temps définie.

Cette méthode n'est généralement pas très pratique, mais la vérité est qu'elle est extrêmement simple et très illustrative pour comprendre la signification et l'importance de connaître le débit d'un fluide.

De cette manière, le fluide peut s'écouler dans un réservoir de dosage pendant un certain temps, le volume accumulé est mesuré et le résultat obtenu est divisé par le temps écoulé.

Références

1. Débit (fluide) (nd). Sur Wikipedia. Récupéré le 15 avril 2018 sur es.wikipedia.org.
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5. Batchelor, GK (1967). Une introduction à la dynamique des fluides. La presse de l'Universite de Cambridge.
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