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Ecoulement de gaz dans les tuyaux et réglage du débit

Thermodynamics Basic Theory Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors

Une branche très intéressante de la physique est la thermodynamique, en particulier pour mieux comprendre les compresseurs d'air. Dans cet article, nous parlons du débit de gaz et de son réglage, après notre introduction à la thermodynamique.

Le nombre de Reynolds

formule du nombre de reynolds, calcul
Le nombre de Reynolds est un rapport sans dimension entre l'inertie et le frottement dans un fluide.
Il est défini comme :

Quels sont les différents types d'écoulements dans un tuyau ?

gaz circulant dans un tuyau
En principe, il existe deux types d'écoulements dans un tuyau. Avec Re<2000, les forces visqueuses dominent dans le milieu et l'écoulement devient laminaire. Cela signifie que les différentes couches du milieu se déplacent les unes par rapport aux autres dans le bon ordre. La distribution de vitesse à travers les couches laminaires adopte généralement une forme parabolique.

Avec Re≥4000, les forces d'inertie dominent le comportement du fluide et l'écoulement devient turbulent, avec des particules se déplaçant au hasard dans l'écoulement. La distribution de vitesse à travers une couche ayant un écoulement turbulent devient diffuse.

Dans la zone critique, entre Re≤2000 et Re≥4000, les conditions d'écoulement ne sont pas déterminées et celui-ci est soit laminaire, soit turbulent, soit un mélange des deux. Les conditions générales sont régies par des facteurs tels que la régularité de la surface du tuyau ou la présence d'autres perturbations. Pour démarrer un flux dans un tuyau, il faut une différence de pression spécifique afin de vaincre le frottement dans le tuyau et les raccords. La quantité de différence de pression dépend du diamètre du tuyau, de sa longueur et de sa forme ainsi que la régularité de la surface et du nombre de Reynolds.

Qu'est-ce que l'effet Joule Thomson ?

Lorsqu'un gaz idéal passe par un limiteur avec une pression constante avant et après le limiteur, sa température reste constante. Cependant, une chute de pression se produit à travers le limiteur grâce à l'énergie interne transformée en énergie cinétique. C'est la raison pour laquelle la température tombe. Pour les vrais gaz, ce changement de température devient permanent, même si la charge énergétique du gaz reste constante. C'est ce qu'on appelle l'effet Joule-Thomson. La baisse de température est égale à la variation de pression à travers l'étranglement multipliée par le coefficient de Joule-Thomson.

Si le fluide a une température suffisamment basse (≤+329 °C pour l'air), une baisse de température se produit avec l'étranglement à travers le limiteur, mais si le fluide est plus chaud, la température augmente à la place. Cette condition est utilisée dans plusieurs applications techniques, par exemple, en technologie de la réfrigération et dans la séparation des gaz.

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