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Vidéo de question : Reconnaître graphiquement un écoulement constant et turbulent autour du profil d'un élément aérodynamique Physique

La figure montre l’écoulement d’un fluide autour d’un profil aérodynamique. Les lignes grises représentent la direction de l’écoulement du fluide. Les régions noires représentent des solides qui font obstacle à l’écoulement. Dans laquelle des trois régions en lignes pointillés l’écoulement du fluide est-il le plus turbulent?

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Transcription de vidéo

La figure montre l’écoulement d’un fluide autour d’un profil aérodynamique. Les lignes grises représentent la direction de l’écoulement du fluide. Les régions noires représentent des solides qui font obstacle à l’écoulement. Dans laquelle des trois régions en lignes pointillés l’écoulement du fluide est-il le plus turbulent?

Dans la figure, on voit que le fluide circule généralement de gauche à droite. Et rappelons que ces lignes grises illustrent le mouvement des différentes couches du fluide. Ici, dans cette question, nous devons faire des déductions sur le mouvement du fluide sans utiliser des nombres ou des mathématiques. Ce n’est pas grave cependant. Certaines propriétés du mouvement des fluides, telles que la turbulence, sont notoirement difficiles à modéliser quantitativement. Pourtant, nous pouvons le décrire en appliquant des connaissances qualitatives sur un écoulement régulier et turbulent.

On peut commencer par rappeler que l’écoulement turbulent est caractérisé par un fluide qui change de vitesse et de direction plus rapidement. Le terme «stable» signifie tout le contraire, où le fluide suit le sens de l’écoulement. Les lignes de fluide régulièrement espacées et parallèles les unes aux autres indiquent des régions d’écoulement régulier du fluide, alors que les lignes courbes et groupées représentent le chaos de la turbulence. Hors des régions encadrées, I, II et III, on doit identifier celle qui présente l’écoulement le plus turbulent. On fait ça en comparant les formes des lignes d’écoulement dans ces régions.

Lorsqu’il rencontre ce profil, on voit que le fluide est redirigé autour de celui-ci. Mais notons qu’il y a des conséquences différentes sur le mouvement du fluide selon qu’il passe au-dessus ou en dessous du profil aérodynamique. La région II montre que le fluide se déplace sous la voilure. Les lignes d’écoulement ici ont une légère courbure. Mais globalement, elles sont relativement droites et parallèles les unes aux autres. On peut donc dire que le fluide dans la région II a un écoulement assez régulier. Mais qu’en est-il du fluide qui se déplace au-dessus du profil aérodynamique?

Les lignes d’écoulement ont une courbure plus perceptible sur le côté gauche de la région I, où le fluide est d’abord poussé au-dessus de l’obstacle. À partir de là, les lignes d’écoulement semblent commencer à se lisser. Mais remarquons que les choses deviennent assez chaotiques vers l’arrière du profil aérodynamique. Les lignes d’écoulement changent de nouveau de direction, ce qui mélange le fluide. Cela signifie turbulence. Et ici, elle est si extrême qu’une ligne d’écoulement dans le diagramme forme une boucle fermée. Cela signifie que le fluide ici doit pointer dans toutes les directions lors de son déplacement. Non seulement il change de direction constamment, mais il entraîne également les autres couches de fluide environnantes. Donc, il ralentit, se tord et tourne dans une très petite zone. Ceci est cependant intentionnel, car un profil aérodynamique nécessite un mouvement de fluide différent au-dessus et en dessous afin de fournir une portance à quelque chose comme un avion.

Le fluide passe éventuellement par-dessus l’obstacle. Et on peut voir comment cela s’est équilibré plus tard, ce qui a entraîné un écoulement relativement constant ici dans la région III. La majeure partie de la turbulence causée par le profil aérodynamique se situe dans la région I. Et comme c’est la seule région des trois qui contient une boucle fermée, nous déduisons que l’écoulement du fluide est le plus turbulent dans la région I.

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