Hydraulique

 

Ludwig Prandtl réunit en 1904 deux domaines de la mécanique des fluides jusque là complètement dissociés, l’hydraulique et l’hydrodynamique. L’hydraulique est une discipline de la mécanique des fluides qui se base sur l’expérience pour permettre une résolution rapide des problèmes d’ingénierie. La mise en place d’un système de réseau hydraulique est basée sur les coefficients de perte de pression de Bernoulli.
L’hydrodynamique est quand à elle une discipline théorique, qui occupe les spécialistes, les mathématiciens et développeurs de logiciels d’écoulement; ils analysent et résolvent la totalité des équations avec dérivées partielles non linéaires de Navier-Stokes.

Le système de refroidissement d’une grande installation est trop étendu et trop complexe pour pouvoir être dimensionné avec des simulations de fluide en 3D. C’est pourquoi, on est censé le résoudre grâce aux formules de l’hydraulique ; cette méthode est aussi appelé 1D-CFD au bien réseau fluide. C’est particulièrement utilisé pour l’ingénierie des systèmes de centrales électriques à cycle combiné gaz-vapeur, au charbon ou bien nucléaires. Le cycle de la vapeur, le cycle de refroidissement ou de distribution de l’huile lubrifiante ainsi que d’autres systèmes auxiliaires sont dimensionnés avec l'hydraulique. Dans les bureaux d’ingénierie pour l’automobile ou les grands générateurs, les systèmes de refroidissement sont dimensionnés aussi de cette manière.
Comme les calculs de l’écoulement sont des approximations, une grande variété de phénomènes physiques peut être calculée: gaz ou liquides, fluides compressibles et incompressibles, réchauffement et refroidissement ainsi que la combustion et l’écoulement de plusieurs phases.
Ces réseaux peuvent être programmés avec Excel, en Fortran ou dans une autre langue. De nos jours la tendance est d’utiliser des logiciels avec des sous-systèmes thermiques et fluides tel que FloMASTERr®. Ces programmes se différencient principalement par leur bibliothèque de composants, dans lesquels sont prédéfinis des pompes, ventilateurs, vannes, courbures, bifurcations … Les éléments passifs tels que les échangeurs de chaleur sont par exemple simplement représentés par des pertes de pression constantes ou bien dépendantes du débit.

 

Ventilateur axial                                              Ventilateur radial ER..C © Ziehl -Abbeg

Design des tuyaux

Les tuyaux sont définis par la géométrie et une rugosité moyenne. Comme la totalité du système de tuyaux devra être monté sur un espace prédéfini, il est nécessaire après les calculs hydrauliques de vérifier à l’aide de modèle CAD l’assemblage des tuyaux.

Pompes et ventilateurs

Les pompes et les ventilateurs font partie des équipements mécaniques. Ils sont entrainés en général par un moteur électrique, les donnés électriques de ce dernier doivent permettre un branchement au réseau électrique de l’installation.
Un ventilateur est défini par sa courbe caractéristique et sa vitesse de rotation; seuls  les besoins du ventilateur (génération de pression et débit volumique) doivent être estimés, pour pouvoir choisir le ventilateur correspondant dans le catalogue.
Une pompe entraine un liquide, elle est définie par sa courbe caractéristique et hauteur de levage. Si le système contient des échangeurs de chaleur, alors leurs propres ventilateurs devront être eux-aussi dimensionnés.

 


Petit réseau fluide géneré avec FloMASTER

 

 

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