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Vidéo de question : Comparer la turbulence et la laminarité des régions d’écoulement de fluide Physique

La figure montre l’écoulement d’un fluide devant un obstacle circulaire. Les lignes grises représentent la direction de l’écoulement du fluide. La région noire représente un solide faisant obstacle à l’écoulement. Dans laquelle des quatre régions encadrées l’écoulement du fluide est le plus turbulent ? Dans laquelle des quatre régions encadrées l’écoulement du fluide est le plus laminaire ?

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Transcription de vidéo

La figure montre l’écoulement d’un fluide devant un obstacle circulaire. Les lignes grises représentent la direction de l’écoulement du fluide. La région noire représente un solide faisant obstacle à l’écoulement. Dans laquelle des quatre régions encadrées l’écoulement du fluide est le plus turbulent ? Dans laquelle des quatre régions encadrées l’écoulement du fluide est le plus laminaire ?

Regardons de plus près la figure. Nous avons un fluide qui coule autour de cet obstacle circulaire noir. Nous pouvons comprendre que ce fluide coule naturellement de gauche à droite. Et ces lignes d’écoulement grises illustrent comment le fluide passe devant cet obstacle circulaire.

Maintenant, s’il n’y avait pas d’obstacle à l’écoulement, nous nous attendrions à voir des lignes d’écoulement relativement droites et parallèles les unes aux autres. Mais avec cet objet sur le chemin, nous voyons le fluide se déplacer dans des directions différentes, indiquant un caractère turbulent. Rappelons qu’un écoulement turbulent est l’inverse d’un écoulement laminaire, car la turbulence correspond à un écoulement qui change de direction et de vitesse plus rapidement. Pour la première partie de cette question, nous devons déterminer si l’écoulement indiqué dans les régions I, II, III ou IV montre le plus de turbulences.

Maintenant, ces quatre régions présentent un certain degré de turbulence, car les lignes de courant sont assez ondulées, ce qui signifie que le fluide change de direction et de vitesse. Mais il y a une caractéristique dans l’une des régions qui indique une grande turbulence, c’est la présence de ces boucles fermées juste derrière l’obstacle. Rappelez-vous, plus un fluide change de direction, plus il est turbulent. Et pour qu’un fluide puisse circuler le long d’une boucle complète, il doit pointer dans toutes les directions avant de revenir à son point de départ sur la boucle. Puisque la région I est la seule région qui contient des boucles dans l’écoulement, nous savons que l’écoulement du fluide est le plus turbulent dans la région I.

La partie suivante de cette question demande essentiellement le contraire. Nous devons choisir quelle région est la plus laminaire ou la moins turbulente. Maintenant, la réponse pourrait ne pas être immédiatement évidente pour nous. Après tout, chacune de ces régions a des lignes de courant ondulées. Nous devons garder à l’esprit que certaines propriétés de l’écoulement du fluide, telles que la turbulence, peuvent être assez difficiles à être modéliser quantitativement. C’est pourquoi, au lieu d’utiliser les nombres et les mathématiques, nous utilisons plutôt notre jugement pour décrire qualitativement l’écoulement.

Maintenant, nous savons que la région I est la plus turbulente. Donc, ce n’est pas le cas d’un flux laminaire, et ce ne sera pas notre réponse. Après cela, il semble que la région III a également des ondes assez extrêmes dans l’écoulement. En outre, rappelez-vous que lorsque différentes couches du fluide, comme le montrent les lignes de courant, entrent en contact étroit, comme elles le font ici, elles exercent des forces les unes sur les autres, comme une sorte de frottement, ce qui les fait ralentir et changer de direction. Cela signifie que l’écoulement est turbulent. Donc, éliminons également la région III.

Enfin, nous allons comparer les régions II et IV. Il semble que les lignes du profil de la région IV sont plus regroupées et plus courbées. Elles changent donc de direction et de vitesse plus que les lignes du profil relativement droites contenues dans la région II. Ainsi, on peut dire que la région IV est un peu plus turbulente que la région II. Et parce que II est la moins turbulente des régions, l’écoulement du fluide est le plus laminaire dans la région II.

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