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Tube de Venturi et Bernoulli

À propos de cette simulation

Le Tube de Venturi et Bernoulli est une simulation interactive de dynamique des fluides en 3D qui montre comment la vitesse d'écoulement et la pression statique s'équilibrent dans une conduite rétrécie. Les élèves font glisser le collier lumineux du col pour modifier le diamètre de l'étranglement D_2, ajustent la vitesse d'entrée v_1 et la masse volumique du fluide rho, et envoient des impulsions de colorant dans le flux. Trois tubes manométriques verticaux montés à l'entrée, au col et à la sortie affichent la hauteur de pression statique en temps réel, illustrant à la fois l'équation de continuité (A_1 v_1 = A_2 v_2) et l'équation de Bernoulli (P_1 + 1/2 rho v_1² = P_2 + 1/2 rho v_2²).

Ce que les élèves peuvent explorer

  • Faites glisser le collier orange du col vers l'intérieur pour réduire le Diamètre du col D_2 de 15 cm à 9 cm et observez les particules traceuses accélérer brusquement dans le rétrécissement.
  • Comparez la colonne manométrique centrale P_2 à la colonne d'entrée P_1 lorsque la vitesse au col v_2 augmente, confirmant qu'une vitesse d'écoulement plus élevée engendre une pression statique plus faible.
  • Doublez la Vitesse d'entrée v_1 à l'aide du curseur et vérifiez que la Chute de pression delta P quadruple, car la pression dynamique est proportionnelle à v².
  • Appuyez sur Impulsion de colorant pour mettre en évidence un paquet de particules de fluide et observez comment elles s'étirent dans le col rapide puis se resserrent dans le diffuseur de sortie.
  • Augmentez la Masse volumique du fluide rho de 700 kg/m³ à 1400 kg/m³ et observez comment la chute de pression delta P varie proportionnellement à la masse volumique.

Objectifs d'apprentissage

  1. 1Utiliser l'équation de continuité A_1 v_1 = A_2 v_2 pour calculer comment le diamètre d'une conduite affecte la vitesse du fluide.
  2. 2Appliquer le théorème de Bernoulli pour expliquer pourquoi la pression statique chute là où la vitesse du fluide augmente.
  3. 3Calculer la chute de pression Venturi delta P = 1/2 rho (v_2² - v_1²) à partir des vitesses à l'entrée et au col.
  4. 4Interpréter la hauteur des colonnes des manomètres verticaux comme des mesures directes de la pression statique locale.

Questions fréquentes des enseignants

Pourquoi le fluide accélère-t-il lorsque le tube de Venturi se rétrécit ?

Comme un fluide incompressible ne peut ni s'accumuler ni laisser de vide, le même volume de fluide Q doit traverser chaque section transversale à chaque seconde (A_1 v_1 = A_2 v_2). Lorsque l'aire de la section A diminue dans le col, la vitesse d'écoulement v doit augmenter proportionnellement.

Pourquoi la pression statique diminue-t-elle dans le col étroit au lieu d'augmenter ?

Par conservation de l'énergie mécanique (théorème de Bernoulli), accélérer une particule de fluide vers le col nécessite un travail net venant de l'amont, ce qui signifie que le fluide pousse avec une pression statique plus élevée dans la large section d'entrée que dans le col où l'écoulement est rapide.

Quelle est la sensibilité de la vitesse au col par rapport au diamètre du col ?

L'aire de la section transversale est proportionnelle au carré du diamètre (A = pi D² / 4) ; réduire de moitié le diamètre du col divise donc l'aire par quatre et fait circuler le fluide quatre fois plus vite.

Où utilise-t-on les tubes de Venturi en ingénierie ?

Les tubes de Venturi sont utilisés dans les débitmètres pour mesurer le débit des canalisations à partir de la différence de pression, dans les carburateurs et les pulvérisateurs pour aspirer le carburant ou la peinture dans un flux d'air, ainsi que dans les trompes à eau.

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