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Mémoire Online modélisation numérique des écoulements transitoires dans les conduites en charge a géométrie complexe, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.
Chapitre I : Introduction générale
Chapitre 2 : Description détaillé du phénomène transitoire
II.1. Introduction
II.2. Types d’écoulements
II.2.1. Écoulement permanent
II.2.2. Écoulement non permanent
II.2.3. Écoulement uniforme
II.2.4. Écoulement non uniforme
II.2.5. Écoulement transitoire
II.3. Types d’ondes
II.3.1. Ondes linéaires
II.3.2. Ondes non linéaires
II.4. Phénomène du coup de bélier
II.4.1. Définition
II.4.2. Causes du coup de bélier
II.4.3. Risques dus aux coups de bélier
a. Cas de surpression
b. Cas de dépression
C. Fatigue de la canalisation
II.5. Description des phénomènes physiques en jeu
II.5.1. État d’équilibre d’un système hydraulique
II.5.2. Onde élastique et oscillation en masse
II.5.3. Perturbation de l’équilibre, effet sur les pressions
II.6. Valeur numérique du coup de bélier
II.6.1. Manœuvres rapides. Formule de JOUKOWSKY
II.6.2. Le cas de la fermeture lente d’une vanne de sectionnement
II.7. Processus de variation de la pression et de la vitesse dans une tuyauterie
II.7.1. Cas d’arrêt brusque de la pompe
II.7.2. Cas de L’arrêt brusque d’une vanne placée en aval d’une conduite
II.8. Évolution des ondes de pression et de vitesse aux points caractéristiques
II.9. Évolution des ondes de pression le long de la conduite
II.10. Conclusion
Chapitre III : Modélisation mathématique
III.1.Introduction
III.2. Équation de conservation de la masse ou équation de continuité
III.2.1. Équation de continuité
III.2.2. Équation dynamique
III.3. 1. Analyse des paramètres
III.3.2. type de conduites
III.3.3. Relation entre la célérité et les propriétés de la conduite
III.4. Équations simplifiées
III.5. Conclusion
Chapitre IV : Méthodes numériques de résolution
IV.1. Introduction
IV.2. Méthode des caractéristiques
IV.3. Conditions aux limites
IV.3.1. Condition à la limite du réservoir
IV.3.2. Condition à la limite de vitesse
IV.3.3. Pompe à vitesse constante
IV.4.1. Raccordement de deux conduites
IV.4.2. Conduites en parallèles
IV.5. Conclusion
Chapitre V : Simulations numériques
V.1. Introduction
V.2. Modélisation et calcul du coup de bélier dans les réseaux de canalisation par le logiciel AFT Impulse
V.2.1. Description générale d’AFT Impulse
V.2.2. Caractéristiques D’AFT Impulse
V.2.3. Composants modélisables par AFT Impulse
V.3. Description détaillé d’AFT Impulse
V.3.1. Principe de base du fonctionnement d’AFT Impulse
V.3.2. Le solveur du régime stationnaire ou permanent
V.3.3. Le solveur du régime transitoire ou non permanent
V.3.4. Les fenêtres du logiciel AFT Impulse
A) Les fenêtres d’entrées
B) Les fenêtres de sorties
V.4.1. Les étapes fondamentales d’utilisation du logiciel
V.4.2. Discrétisation des conduites
V.5.1. Modèle d’étude N°01
V.5.2. Les données du modèle
V.5.3. Modèle d’étude N°02
V.5.4. Les données du modèle
V.6. Conclusion
Chapitre VI : Résultats et interprétations
VI. Introduction
VI.1. Modèle d’étude N°01
VI.1.1. Fermeture lente de la vanne
VI.1.2. Fermeture rapide de la vanne
VI.2. Modèle d’étude N°02
VI.2.1. Fermeture lente de la vanne
VI.2.2. Fermeture rapide de la vanne
VI.3. Interprétation
VI.3.1. Pour la modèle d’étude N°01
VI.3.2. Pour la modèle d’étude N°02
VI.4. Conclusion
Conclusion générale
Introduction générale
Le régime transitoire, dans les installations hydrauliques constitue un danger permanent, qui peut survenir à tout moment suite aux diverses manipulations des éléments du réseau.
Le régime transitoire occasionne l’apparition de pressions très élevées ou très faibles, qui engendrent des conséquences désastreuses pour la survie de l’installation, il est source de plusieurs dégâts (détérioration des conduites) qui occasionnent des coûts d’équipements et d’entretien habituellement non prévus.
Son étude et sa maitrise présentent des intérêts remarquables, lors de la conception et l’implantation des réseaux, en ce sens qu’elle permet, lors du dimensionnement d’en tenir compte pour le choix des diamètres des conduites ou pour l’installation d’éléments pouvant atténuer les effets indésirables.
La prévention du transitoire exige l’utilisation de gros diamètre et d’épaisseurs élevées, ce qui revient toujours cher mais néanmoins garantit une certaine sécurité vis-à-vis des conséquences qu’il peut entrainer.
Le transitoire est un phénomène complexe, qui prend naissance à la suite d’une variation de l’écoulement. Ce dernier possédant une certaine vitesse, qui fonction de sa masse lui communique une énergie cinétique qui peut s’annuler à la suite d’une manipulation sur le réseau.
En vertu de la loi de conservation de l’énergie, l’énergie initiale ne peut disparaitre instantanément, en fait elle se transforme en énergie potentielle sous forme d’ondes de surpression et de vitesse, qui se propagent le long de la conduite avec une célérité fonction de l’élasticité du matériau et de la compressibilité du fluide.
Dans les réseaux hydrauliques, figurent divers éléments qui peuvent engendrer la variation de l’écoulement, donc création d’un régime transitoire, parmi ces éléments :
• Les vannes qui occasionnent un phénomène transitoire dont la sévérité dépend des conditions de manipulation (ouverture – fermeture, brusque, continue, ou lente) et de la constitution du réseau.
• Les pompes et turbines qui provoquent le transitoires par leurs démarrages, arrêt, ou pertes de puissance.
• La géométrie des canalisations qui provoque le transitoire par leur variation de section le long d’une conduite.
Donc l’étude du phénomène des écoulements transitoires en charge vise à déterminer si la pression dans l’ensemble d’un système est à l’intérieur des limites prescrites, suite à une perturbation de l’écoulement Evidemment, en définissant l’étendu d’une étude de coup de bélier, on prévoira l’examen des variations de débit et de pression qui résultent de mauvaise opération du système, de son opération normale et des opérations d’urgence. Le concepteur d’un système de transport de liquide sous pression aura avantage à effectuer le design du réseau en ne perdant jamais de vue les considérations du coup de bélier. En effet, certains choix judicieux au stade de conception peuvent minimiser l’étendue d’un éventuel problème de coup de bélier, et donc réduire le coût du système projeté.
Dans le présent travail, nous avons fixé l’objectif de traiter le cas le plus complexe, c’est-à-dire la théorie du choc hydraulique provoqué par le coup de bélier dans les conduites en charge à géométrie variable, en passant par l’aspect théorique ; équations de bases (équation de conservation de la masse ou équation de continuité et équation de conservation de la quantité de mouvement ou équation dynamique) et les hypothèses de base qu’on va vérifier avec les différentes méthodes d’analyses des phénomènes transitoires utilisant comme base mathématique de départ les équations citées auparavant ainsi que les équation d’état et diverses relations entre d’autres grandeurs relatives au phénomène physique.
A partir de ces équations chaque méthode emploie différentes hypothèses simplificatrices et/ou des procédures de résolutions, telle que les méthodes : analytiques, graphiques, numériques, etc. [2].
Mais compte tenu de la complexité du phénomène, il n’existent pas vraiment de solutions analytiques complètes, permettent de résoudre le problème, c’est le cas de la méthode d’Allievi, qui nous donne une solution globale du problème, mais ne tient pas compte des pertes de charges, qui agissent sur l’ampleur du phénomène et les méthodes approximatives graphiques (comme la méthode de Schnyder-Bergeron) ne sont pas vraiment efficaces pour résoudre les cas complexes comme par exemple une conduite présentant plusieurs embranchements, ou une conduite avec des caractéristiques variables, comme des variations de la section, etc. Alors les méthodes numériques, ont donc pris le relais pour nous permettre de quantifier ce type de phénomène.
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