GÉNÉRALITÉS
Principe des tunnels hydrodynamiques.
L'application de la méthode chronophotographique nécessite un courant plan permanent. D'autre part, la section de la veine fluide utilisée pour en éludier le mouvement doit être suffisamment grande pour permettre l'emploi d'obstacles de dimensions telles que le champ des vitesses à leur voisinage immédiat puisse être oblenu avec précision.
Ces deux considérations doivent être à la base de la construction d'un tunnel hydrodynamique.
En principe, cet appareil est, pour des raisons évidentes, du type à circuit de retour : il comporte deux réservoirs que relient, d’une part, le canal où l’on étudiera le courant, et, d'autre part, la tuyauterie fermant le circuit et sur laquelle est montée la pompe qui doit assurer la circulation du fluide.
Tunnel à euve amont ouverte.
Les installations peuvent différer suivant la formule envisagée pour la cuve amont. Celle-ci peut être soit à air libre, soit fermée. Dans la première solution, le niveau dans cette cuve est supérieur à ceux du canal el de la cuve aval; dans la deuxième solution, ces niveaux sont sensiblement les mêmes.
À priori, il est avantageux de ne pas avoir de chute d’eau importante dans le réservoir aval. Une telle chute entraînerait des bulles d'air qui, difficiles à éliminer, participeraient à la circulation générale. L'eau ainsi chargée de bulles est impropre à la prise de vues photographiques.
Les deux tunnels que nous avons expérimentés sont l’un à cuve amont
ouverte, l’autre à cuve amont fermée.
Le tunnel du Bassin d’Essais des Carènes de la Marine nationale a le réservoir amont hermétiquement fermé; entre le haut de la cuve et le niveau de l’eau se trouve une couche d'air comprimé qui contribue à assurer la régularité du débit. Un cône convergent vers le haut, allant du bas du réservoir à l'entrée du canal, permet l’adduction au canal d’eau non perturbée. La cuve aval est à air libre. La contenance de chacun des réservoirs est d'environ 30 mètres cubes. La section utile du canal est de 50 X 50 cm.
Le TUNNEL HYDRODYNAMIQUE du LABORATOIRE de MÉCANIQUE des FLUIDES de PARIS
La réalisation d’un tunnel de ce genre comporte les différents problèmes suivants :
1° détermination des dimensions générales;
2° première réalisation;
3° détermination de la pompe à utiliser et du moteur qu'on doit y atteler;
49 essais qualitatifs (vibrations, qualités du courant, etc.); essais quantitatifs (limite des vitesses) ;
5° modifications et perfectionnements éventuels;
6° essais définitifs.
Nous allons montrer comment, dans notre cas particulier, se sont présentés ces différents problèmes et comment nous les avons résolus.
Détermination des dimensions générales.
Les cotes d’encombrement nous ont été imposées par les dimensions du hall qui devait abriter l'installation.
La longueur du canal a été prise aussi grande que le permettait l’espace à utiliser; elle n’est cependant que de 4 mètres; cette faible longueur constitue, a priori, un sérieux inconvénient pour l'obtention d'un courant régulier dans le canal.
Nous avons choisi le système de cuve amont ouverte; la hauteur de cette cuve est de 3,20 m, hauteur maximum dont nous disposions pour permettre la descente d’un homme à l’intérieur en passant par le dessus de la cuve.
La section utile du courant a été prise de 30 X 30 cm; et, pour des raisons d’encombrement, le diamètre commun des réservoirs cylindriques à été choisi égal à 1,75 m.
Enfin, la région voisine du canal devant être libre pour permettre la mise en place des dispositifs d'éclairage et de prise de vue, on a rejeté sur le côté la pompe et le moteur, les ajutages d'aspiration et de refoulement ayant une forme qui diminue au minimum les pertes de charges.
Première réalisation.
Les vitesses prévues dans le canal étant relativement faibles (<3 m/s), nous avons pensé qu'il était possible, dans la cuve amont, de remplacer le grand dispositif convergent, allant du bas de la cuve au canal, par un petit ajutage convergent à l’entrée même du canal.
Pour avoir une vitesse voisine de 3 m/s, il fallait prévoir une dénivellation entre la cuve amont et le canal de 50 em environ.
Rte
Finalement, nous nous sommes arrêté à l’avant-projet représenté par le plan ci-contre (fig. 1); la réalisation en a été exécutée par la Société Rateau.
La chaudronnerie comprend :
Un réservoir cylindrique en tôle de 5 mm d'épaisseur, diamètre 1,75 m; hauteur 3,20 m;
Un réservoir cylindrique en tôle de 5 mm d'épaisseur, diamètre 1,75 m; hauteur 2,35 m;
Un canal en tôle de 3 mm d'épaisseur comportant sur les trois faces des glaces de 2000X 300X8 mm;
Les tuyauteries d'aspiration et de refoulement;
La robinetterie comprend essentiellement :
a) Une vanne de réglage au refoulement ® 350 mm;
b) Deux vannes de vidange.
Le poids total à vide est d'environ 2 000 kg, et en charge de 12 000 kg. Les réservoirs reposent sur le sol par toute leur surface, ce qui donne
une compression << 0,30 kg/cm?. Aucune préparation spéciale du sol n’était à envisager.
Détermination du système moteur-pompe.
Une condition fondamentale donnée au constructeur pour le choix du système moteur-pompe était que la vitesse du courant dans le canal puisse atteindre 3 m/s environ, ce qui, pour une seclion 30 X 80 cm, correspond à un débit de 270 litres.
NE
Le choix de la pompe et du moteur a été laissé à la Société Rateau qui était chargée de la chaudronnerie. La pompe choisie comme s’adaptant le mieux aux conditions de fonctionnement du tunnel est une pompe-hélice à axe
A B mé "A | RefFoulement Fe L'or S 4 ; Nr trous de d’ 4 trous de ÿ O S n trous de d TYPE 32 AÏJBICIDIE|F|IG|H|I1|JIKILIMIN]|o |p Free 1220 7r0 | 60 465 | 520 | 300 400| 450| 50 | 120 270 160 |620 80 | 24 |2370| 12 | 24 | 8 | 24 Fig. 2
È 3,50 Se F à 250 > $
150 Point de Fonctionnement Fe + À à à 8È 44 A Si 2 Ss = d 10 Q
230 240 250 260 Débits en l'tres/ sec.
Fig. 3
horizontal, du type PHR-32. Elle répond aux condilions de fonctionnement suivantes :
Débitren US Pr NE 250 Hauteur totale manométrique en m ................ 2,10 Nitesseaderrotation tente vITONS 920 Puissance absorbée sur l’arbre en ch environ .… 12,5
Cette pompe a un corps en fonte, une roue à une ouïe en fonte, un palier de butée avec graissage automatique par bagues (fig. 2 et 3).
US
Le moteur électrique qui a été choisi pour entraîner la pompe est un moteur pour courant triphasé, à rotor bobiné, de puissance convenable à l'entraînement, et de caractéristiques suivantes :
Tension en volts 220 Fréquence par s 50 D RÉ M R Let Le es RE 920 PRÉ NRES POR A n one 15 ch
Le moteur étant mis en route, vanne fermée, en agissant uniquement sur celle-ci, on obtient dans le canal une vilesse croissante du courant.
Comme le montre le schéma de la figure 1, l’ensemble moteur-pompe a été placé sur un bâti en ciment, et à une certaine distance du canal. Ainsi, les manipulations de la vanne et du moteur peuvent être faites sans crainte de gêner les opérations purement photogrammétriques : mise en place des obstacles, réglage de la lumière, prises de vues.
Premiers essais.
Les essais ont été effectués en faisant varier systématiquement l’ouverture de la vanne et la masse d’eau contenue dans les réservoirs.
a) Il est indispensable, quelle que soit la vitesse du courant, que la hauteur d’eau dans le canal soit exactement de 30 cm, hauteur de l’ajutage convergent de l'entrée; sinon (fig. 4), il se produit
perturbation qui se prolonge sur toute la longueur du canal. Le courant ainsi perturbé ne correspond plus aux conditions d'utilisation.
£ 7 Canal L "BED D [= entre l’eau de la région supérieure A è CNE TE TA et l’eau de la région inférieure B, qui v | ; : Fr s | Ajutage arrive avec une vitesse différente, une = S |convergent sn LU n ou
b) A partir d’une vitesse de 1,50 m/s environ, le courant présente un certain phénomène de houle, dont l'importance croit avec la vitesse du courant. Pour me les vitesses inférieures à 2 m/s, l’expérience a montré que l'influence de cette houle était négligeable et que l'erreur ainsi faite systématiquement était inférieure aux autres erreurs d'expérience.
Fig. 4A'=—e=—
Schéma de l’entrée du canal.
Le niveau de l’eau étant trop haut dans le canal, il y a mauvais fonctionnement
c) Aux vitesses supérieures à 1,50 m/s, la dénivellation entre le niveau de l’eau du canal et celui de la cuve aval devenant trop importante, une grande quantité de bulles d’air, dues à la chute de l’eau dans la cuve, participent à la circulation générale. L'eau qui circule dans le canal est émulsionnée de bulles; il devient alors impossible d'étudier photographiquement les écoulements proposés.
ns
d) Pour les faibles vitesses (1 m/s), on se trouve en face d’un nouveau défaut que nous allons expliquer en partant de l'examen de la courbe représentant les variations de la pression de refoulement en fonction du débit (fig. 5).
Pour les grandes vitesses, les débits sont supérieurs au débit Qu correspondant au maximum de la courbe; en ces points, le fonctionnement est stable : à une augmentation du débit correspond une diminution de la pression de refoulement, et vice-versa.
Pour les faibles vitesses, les débits sont inférieurs à Qu. Dans ces conditions, une diminution du débit entraîne une diminution de la pression; le réservoir se vide à travers la pompe; on descend la courbe jusqu’au débit nul; la pompe, à ce moment, se ramorce. Il s'établit un régime pulsatoire : oscillations de pression, vibrations. Le moteur est soumis à une charge très variable.
Ce sont là des conditions de fonctionnement inadmissibles.
e) Au point de vue quantitatif, le champ des vitesses possibles a donné entière satisfaction. On a pu obtenir des vitesses supérieures à 4 m/s.
Qn Q
Fig. 5. — Courbe des pressions de refoulement en fonction du débit
f) L'eau employée contient, en suspension, de la poudre d'Al. dégraissée à l’alcool. Cette eau doit être renouvelée au bout d’un certain temps, variable avec la saison : soit que les particules d'Al. ne diffusent plus suffisamment de lumière, soit que l’eau, n'étant plus assez pure, absorbe trop de lumière.
Perfectionnements.
Voici comment nous avons remédié à ces imperfections :
a) En faisant varier la quantité d’eau mise en circulation, on peut loujours s'arranger pour faire affleurer le niveau du courant d'eau du canal au bord supérieur du convergent el supprimer ainsi la première cause d’imperfection.
b) On peut rejeter au delà des vilesses d'utilisation du canal les vitesses du courant pour lesquelles le phénomène de houle prend une importance trop grande : il suffit de faire varier la quantité d'eau mise en circulation et la
