DE QUELQUES PROPRIÉTÉS NOUVELLES DU JET DE VAPEUR

286. Lorsqu’on a formé de la vapeur dans une capacité fermée , et que la température est telle que la tension se soit élevée à 1 , 2 ou j atmosphères, en sus de l’atmosphère extérieure, on peut laisser échapper une portion de vapeur par une ouverture ménagée à dessein , et dont on puisse faire varier la forme et les dimensions. On peut aussi disposer un robinet de manière à permettre ou intercepter à volonté l’émission de la vapeur par l’ouverture,

Si l’on continue à chauffer le vase pendant l’émission de la vapeur, le liquide continuera à en fournir de nouvelle au fur et à mesure de la dépense , et on pourra entretenir une tension constante au moyen de soupapes de sûreté, d’un manomètre, et d’une alimentation continue.

O11 trouve ces dernières conditions réunies dans une chaudière de machine à vapeur bien disposée.

Le jet que forme la vapeur en sortant de l’orifice pour se répandre dans l’air présente une foule de phénomènes de la plus grande importance; quelques uns ont été observés depuis long temps , les plus remarquables ont été récemment découverts par nous : cet article est destiné à l’exposition des uns et des autres.

Le jet de vapeur qui s’écoule par une ouverture en minces parois présente des phénomènes fort analogues , sous certains rapports, h ceux des veines liquides: ainsi il y a contraction de la veine dans les mêmes proportions et aux mêmes distances que pour les liquides; les tuyaux

PAR LE CALORIQUE

additionnels cylindriques ou coniques exercent aussi des influences analogues.

La vitesse avec laquelle la vapeur s’écoule dans l’air est très considérable , et nous rapportons ici une table , dressée par M. Péclet., des différentes vitesses sous diverses pressions.

Vitesse de la vapeur sortant dans l’air sous différentes

pressions.

Pression. Vitesse par i".

i atmosphère . 266

Dans cette table , la première pression de 1 atmosphère 1 14 indique i|4 d’atmosphère en sus de la pression extérieure, et l’on voit qu’à 4 atmosphères, qui n’en représentent que 3, la vitesse de la vapeur est de 537 mètres par seconde. '

Il est très remarquable que les vitesses croissent avec une extrême lenteur. Ce qui se conçoit du reste parfaite-

Q2 du changement d’£tat des corps

ment, en considérant: i°que la vitesse d’écoulement, sous

une même pression, est en raison inverse de la densité du

fluide qui s’écoule, tandis que, d’autre part, la densité de la vapeur à laquelle l’ouverture donne issue est en raison directe de sa force élastique ou de la pression qu’elle supporte : d’où il résulte que , si la veine de vapeur s’écoulait dans le vide , la vitesse serait constante à toutes les pressions.

La présence de l’atmosphère extérieure est donc la seule cause qui fasse varier les vitesses ; ce qui explique comment, de 1 atmosphère i]4 à 1 atmosphère 1(2, la différence de vitesse est de 266 à 352 mètres, tandis que de 18 à 20, la différence n’est que de 635 à 639.

Le jet de vapeur qui s’échappe dans l’air donne lieu à un bruit aigu et très intense, dont la nature varie au reste suivant la forme de l’ouverture qui donne issue et la matière qui la compose.

Quand on observe la veine fluide de vapeur, on remarque i° qu’elle est d’abord transparente et invisible comme l’air, mais qu’après un court trajet elle devient d’abord nébuleuse et ensuite opaque; 20 qu'à partir de la contraction, cette veine affecte une forme conique, ou se dilate successivement, et d’autant plus rapidement que la ten sion de la vapeur est plus considérable.

Ces deux phénomènes se conçoivent aisément , en tenant compte de l’état de compression où se trouvait la vapeur quand elle a franchi l’orifice. En effet, si nous supposons de la vapeur à 3 atmosphères, au moment où elle sera versée dans l’air extérieur, elle devra tripler de volume dans tous les sens; mais, comme elle possède une vitesse acquise suivant l’axe du jet, son expansion sphérique trace un cône dans l’espace.

On pourrait croire que la vapeur, arrivée, en se dilatant.

PAH LE CALORIQUE

jusqu’à occuper le volume triple que comporte la simple pression atmosphérique extérieure, cesserait de se dilater, et constituerait dès lors une veine cylindrique; mais il n’en est point ainsi : d’une part, la force d’expansion, qui a porté le volume de 1 à 3 , a communiqué aux particules de la vapeur une vitesse qui leur fait dépasser cette limite; et d’autre part, la présence du gaz n’étant point un obstacle à l’expansion indéGnie d’une vapeur, il en résulte qu’au delà du point où le volume de la vapeur a été triplé, l’expansion continue, la vapeur se mêle à l’air, perd sa transparence , se change bientôt en vapeur vésiculaire, et présente un cône très volumineux , et dont la vitesse se trouve tellement retardée , qu’à quelques pieds de l’ouverture, la légèreté spéciGque l’emportant sur la force de projection , la vapeur s’élève dans l’atmosphère sous la forme d’un nuage blanchâtre.

Lorsqu’on recherche, par observation, la température de la veine fluide , on trouve qu’à l’embouchure même elle est égale à la température intérieure de la chaudière; qu’à une certaine distance et à la limite de la transparence de la veine , la température n’est plus que de ioo°, et qu’à des distances toujours croissantes , la température s’abaisse rapidement; de façon qu’à un certain point de l’axe de cette veine fluide , la température peut être o°.

En réunissant les trois considérations , de l’accroissement de volume de la veine, de la perte de sa transparence, et de l’abaissement considérable de sa température, il est impossible de douter que la vapeur ne subisse une expansion extrêmement considérable, et ne se mêle intimement au volume d’air qui l’environne.

Il est essentiel de noter dès à présent le fait , que de la vapeur comprimée qui se trouve subitement soustraite à la compression , se dilate par sa propre force élastique , et

par suite des vitesses acquises de ses molécules * jusqu’à n’avoir pas plus de tension que celle que comporte la température o° , et qui est exprimée par om,ooo de mercure.

MM. Clément et Thénard ont observé un effet très curieux de la veine fluide.

Si de la vapeur ou de Pair s’échappe sous une pression quelconque par une ouverture percée dans une paroi plane, on pourra essayer de lui opposer une plaque d’un diamètre plus grand que celui de l’ouverture; lorsqu’on présentera cette plaque à quelques pouces de distance de l’ouverture , elle sera repoussée avec une force dépendante de la vitesse et du volume du jet ; on obtiendra ainsi l’effet dynamique ordinaire de la veine fluide sur le plan. Mais si l’on rapproche successivement la plaque de l’orifice , à une très petite distance du contact (c’est-à-dire lorsqu’il n’y aura plus qu’un intervalle de om,ooi , par exemple, entre la plaque et l’ouverture) , la répulsion se changera subitement encline très forte attraction ; néanmoins la plaque n’arrivera jamais au contact, et il s’écoulera continuellement une lame mince de vapeur entre le disque et la portion de la surface plane qu’il recouvrira autour de l’orifice.

On peut répéter cette expérience avec le souffle de la bouche , en faisant usage d’un tube de verre , garni d’un plan de liège , sur lequel on voit un rond de carte ou de papier venir adhérer quand on l’en approche pendant qu’on souffle dans le tube. En faisant l’expérience avec une feuille de papier légèrement humide, on peut remarquer que le papier se bombe èn dehors, vis-à-vis l’ouvèrture du tube , ce qui prouve que cette partie du plan continue à éprouver la pression de la vapeur. Lorsque les disques sont minces et élastiques, ils entrent en vibration et produisent des sons variés. La force d’adhérence peut être

PAR LE CALORIQUE. 95

très considérable , et paraît proportionnelle d’une port à la tension de la vapeur, et d’autre part à l’étendue de la zone de disque qui se trouve en rapport avec la surface plane environnant l’ouverture.

Les mêmes phénomènes se reproduisent en perçant l’ouverture dans une paroi cylindrique , sphérique , conique , pourvu que la plaque que l’on présente à l’orifice ait la même forme que cette surface , ou soit susceptible de s’en approcher à une égale distance par tous ses points.

Ces phénomènes curieux ont donné d’abord de l’inquiétude sur le degré de sécurité que peuvent inspirer les soupapes de sûreté dont on fait usage pour les chaudières à vapeur; mais on a bientôt reconnu que , la zone de contact de ces soupapes de sûreté étant fort étroite relativement au diamètre de l’ouverture, l’influence du nouveau phénomène devenait sensiblement nulle.

L’explication du phénomène de l’adhérence des plaques a donné lieu à quelques controverses ; voici la théorie qui paraît être généralement adoptée.

Lorsqu’une plaque circulaire , beaucoup plus grande qu’une ouverture de même forme, est appliquée sur cette ouverture pendant qu’elle donne issue 5 la vapeur, il arrive que celle-ci est obligée, pouç s’échapper, de passer entre la plaque et la paroi : depuis le bord de l’ouverture jusqu’au bord de la plaque, l’épaisseur de la lame de vapeur reste la même ; mais les zones concentriques successives que cette vapeur traverse vont en s’accroissant ; de sorte qu'il est nécessaire que la densité et , conséquemment , la force élastique de la vapeur diminuent proportionnellement; en sorte qu’il doit arriver qu’à une certaine distance de la zone de moindre diamètre, la tension de la vapeur devienne moindre que la pression atmosphérique, et qu’en conséquence cette, pression qui agit sur la plaque.

g6 DU CHANGEMENT d’ÉTAT DES CORPS

la presse contre la paroi par la circonférence, tandis que la vapeur ï’en repousse par son centre. Il ne sera plus question que d’établir des rapports convenables entre ces deux forces, pour que la plaque adhère au lieu d’être repoussée.

Cette théorie nous paraît susceptible de graves objections, et elle nous semble du moins incomplète. Car si la vapeur s’échappe librement par la dernière zone circulaire qui se trouve au bord de la plaque , la pression atmosphérique doit réciproquement s’y exercer, et s’opposer à ce que , dans aucun point de cet espace plein de fluide élastique, la vapeur puisse prendre une tension moindre que celle qui correspond à 1 atmosphère.

Pour compléter et rendre satisfaisante cette explication, il faut admettre que la vapeur comprimée, au moment où elle arrive entre le disque et !a paroi, éprouve une détente subite qui lui fait dépasser de beaucoup, en vertu de la vitesse acquise de ses molécules , l’expansion qu’elle aurait dû prendre sous la pression atmosphérique qu’elle supporte, comme il arrive, ainsi que nous l’avons exposé, à un jet de vapeur librement projeté dans Pair.

Cette condition du phénomème est d’autant plus indispensable à admettre, que l’on peut obtenir des adhérences en agissant avec de la vapeur à 10 atmosphères, tandis que l’accroissement de volume dans les zones successives serait loin de s’étendre de là i o , en sorte que dans ce cas la vapeur ne devrait jamais avoir une tension plus petite que celle qui correspond à 1 atmosphère.

Les connaissances relatives aux phénomènes que présente une veine de vapeur projetée dans l’air se bornaient à ce que nous venons d’exposer, lorsque nous eûmes l’occasion de nous livrer à de nombreuses expériences faites sur une grande échelle, et dans le but d’améliorer les méthodes de combustion dans les fourneaux, de produc-

PAR LE CALORIQUE

lion de la vapeur d’eau, et, par suite, les procédés de navigation par la vapeur. Sans entrer dans le détail des tentatives successives qui nous ont conduit à nos résultats, nous nous contenterons d’exposer le fait nouveau que nous avons découvert , sa théorie , le moyen de le soumettre au calcul , et les applications que nous en avons déjà faites , et qu’ori peut en faire par la suite.

Si l’on adapte à une chaudière à vapeur un tube métallique de om,o5o de diamètre, par exemple, que Ton ferme son exlémité par une paroi plane, et que l’on perce dans cette paroi une ouverture circulaire de om, 002 de diamètre, on obtiendra un jet de vapeur dont il sera facile de calculer la vitesse et la dépense en vapeur, étant donnée la pression dans la chaudière. Si l’extrémité de ce tube est introduite dans un autre tube de om,ioo de diamètre, et perpendiculairement à sa longueur; si, en outre, cette extrémité est recourbée à angle droit, de manière à ce que le jet de vapeur se porte exactement dans l’axe du grand canal , on observera que la colonne d’air contenue dans le canal de om, 1 sera mise en mouvement par le cdne de vapeur : ce mouvement ne sera pas faible, incertain et irrégulier comme serait celui qui pourrait dépendre d’un simple entraînement de l’air environnant le jet, par suite d’un frottement réciproque; au contraire, le mouvement de l’air sera rapide, constant dans sa vitesse, et s’exécutera avec une force qui pourra être mesurée exactement par des moyens que nous indiquerons bientôt.

La théorie d’un semblable phénomène est facile à déduire de tout ce que nous avons dit précédemment. En effet, la vapeur, en sortant de son orifice, se dilate progressivement, jusqu’à ce que la base du cône qu’elle représente remplisse la capacité du grand canal; mais dans cette expansion, la vapeur, dépassant de beaucoup la

DU CHANGEMENT d’ÉTAT DES CORPS

limite de la pression atmosphérique qui l’entoure , s’est mêlée à l’air, molécule à molécule, et conséquemment la vitesse de celles qui étaient en mouvement a dû se communiquer à celles qui étaient en repos; en sorte qu’à partir du moment de ce mélange , l’air et la vapeur doivent se mouvoir avec une vitesse commune, qui sera à la vitesse de la vapeur comme la masse commune est à la masse primitive. Il est facile d’établir une équation qui représente toutes les conditions du phénomène. En effet , si nous désignons la masse de la vapeur écoulée en une minute par M, la section du grand canal par S, la vitesse de la vapeur par V, et enfin la vitesse d’écoulement dans le grand canal par X, il est évident que la quantité de mouvement, après le mélange, devra être égale à la quantité de mouvement avant le mélange, celle-ci étant représentée par MV. Si nous cherchons maintenant quelle peut être la masse commune du mélange d’air et de vapeur, nous trouverons qu’on l’obtient en multipliant l’orifice par la vitesse, et qu’ainsi elle est représentée par SX; la quantité de mouvement sera cette masse multipliée par la vitesse — SX2. On aura donc SX2 = MV.

MV

Ou si l’on désigne par s la section de l’orifice qui émet la vapeur et par V la vitesse de cette vapeur, on aura

sx2=*v2; d’où x =y/ÎX5

PAR LE CALORIQUE

Cette formule sera très commode dans les applications ; car la vitesse du courant d’air dans un tuyau , qui serait , par exemple , la cheminée d’un fourneau , sera toujours en raison directe de la vitesse du jet de vapeur, en raison directe de la racine carrée de la section du jet de vapeur, c’est-à-dire en raison directe du diamètre du jet de vapeur, et enfin en raison inverse du diamètre de la section du tuyau principal.

Ces évaluations de vitesse du courant, dans le tuyau principal , se rapportent à l’air supposé à la température ordinaire, et à la vapeur supposée à 3 atmosphères de pression; mais ces deux fluides élastiques éprouveront dans le canal des expansions considérables , qui rendront les vitesses plus grandes en diminuant les densités; ce qui est d’ailleurs tout à fait indifférent pour le but que nous nous proposons , puisqu’il s’agit de connaître la dépense en vapeur sous la pression de 3 atmosphères , et les volumes d’air extérieur qui pourront être entraînés dans l’appareil.

En établissant ces équations, nous n’avons pas tenu compte des densités des fluides; mais la correction sera toujours facile à faire , attendu qu’il suffira de multiplier le second membre de l’équation ou la valeur de X par la racine carrée du rapport des deux densités, de la vapeur et de l’air; si d’ailleurs on exprime par r et R les rayons des deux sections par où s’écoule la vapeur et le mélange d’air et de vapeur , et par ê et d la densité de la vapeur et celle de l’air, l’équation deviendra

Il est bien entendu que cette formule exprime la vitesse de l’air dans un canal libre et sans résistance, c’est-à*

dire la vitesse théorique; et que, pour le cas d’application, il faudra en déduire les effets des résistances que le mouvement de l’air peut éprouver par le frottement dans les conduits ou par toute autre cause.

En essayant une application numérique de cette formule; en supposant, par exemple, une ouverture de om ,002 de diamètre, sous une pression de 3 atmosphères, l’injection se faisant dans un tube de om,io8, on aura

M =2 omet- cu> ooi 5 7 V == 5oo ;

Et on tirera de l’équation

Et en faisant la correction pour la densité de la vapeur on aura

X — iom ,72.

Dans ces suppositions, le volume d’air entraîné dans le tuyau est au volume de vapeur , supposé à 3 atmosphères , comme io5,65 : i,5y; c’est-à-dire que le volume de la vapeur consommée est environ ~ du volume d’air mis en mouvement par cette vapeur avec une vitesse de iom,72.

Le volume d’air, entraîné ainsi dans le tuyau , est en une heure 385, 200 litres.

Ce volume d’air peut faire brûler, à raison de 1 5, 000 1,1 par kilogramme de charbon, 25k,5 de ce combustible.

Ce poids de combustible peut réduire en vapeur , à raison de 6k d’eau pour 1 de combustible , 1 53 kd’eau.

La consommation de vapeur, par un orifice de om,oo2 de vapeur à trois atmosphères de pression , est de gk par heure; en conséquence, la vapeur consommée est à la

PAR LE CALORIQUE

vapeur formée dans le rapport de g : i53 , c’est-à-dire

L’expérience directe concorde parfaitement avec les résultats calculés suivant la formule. Ainsi :

Bateau à vapeur sur la Seine:

Tuyau court d’émission pour la fumée de om,2i6 de diamètre :

Orifice d’injection de om,oo4 de diamètre;

Dépense en vapeur par heure 56k.

Formation totale de la vapeur dans la chaudière 6ook.

Consommation de combustible ii2k.

Ces résultats concordent à très peu près avec ceux qu’on obtiendrait par le calcul pour ce bateau.

Il faut remarquer que, dans la circonstance particulière des bateaux à vapeur et dans une foule d’appareils placés dans une situation fixe, on n’obtient pas de la combustion du charbon de terre la moitié du produit en chaleur qu’elle devrait donner , par la seule raison que le courant d’air qui détermine la combustion est trop faible , et qu’en conséquence celle-ci devient très incomplète.

Si, d’une auire part, on cherche à rendre le courant d’air plus facile et plus rapide en diminuant le chemin que l’air chaud est ordinairement lorcé de faire autour de la chaudière, on obtient, il est vrai, un courant rapide, mais on laisse échapper l’air du fourneau à une température de 5 à 6oo°.

Il paraît résulter des calculs deM. Péclet que le charbon de terre peut produire une quantité de calorique capable d’élever l’air, qui est nécessaire à sa combustion, à i ooo® de température; et, d’un autre côté, les fourneaux donnent toujours accès à une quantité d’air double de celle qui est nécessaire à la consommation du combustible.

Il résulte des diverses observations précédentes :

i° Que dans la construction actuelle des fourneaux

105 DU changement d’état des corps

où la rapidité du courant d’air est dans la dépendance de la légèreté spécifique qui résulte de l’élévation de température, on se trouve entre deux inconvéniens, savoir : de permettre à l’air d’emporter la moitié de la chaleur produite par le combustible, ou de n’obtenir qu’une combustion incomplète qui peut réduire au dessous du tiers la production de chaleur;

2° Que ces inconvéniens peuvent être diminués dans les appareils fixes par des cheminées très larges et très élevées- mais qu’ils subsistent tout entiers dans les machines locomotrices, comme les bateaux et les voitures à vapeur;

3° Qu’on peut toujours , et dans toutes les situations , obtenir un courant d’air suffisant pour une combustion complète , en profitant néanmoins de tout le calorique produit au moyen d’une injection de vapeur qui ne constitue qu’une perte de Ty, tandis qu’elle peut doubler et tripler le produit utile.

Il existe, un grand nombre de cas dans lesquels les avantages de cette méthode peuvent être encore plus marqués ; nous vouions parler de toutes les circonstances où on a besoin d’échaufFer des masses deau; car on peut conduire le prolongement de la cheminée horizontale, après qu’elle a reçu l’injection de vapeur, à travers un réservoir plein d’eau froide.

Dans ces circonstances avantageuses, l’air qui a servi à la combustion sort tout à fait froid, la portion de vapeur qui avait été employée à l’injection se trouve condensée , et les particules visibles de la fumée ainsi que les vapeurs acides ou huileuses qu’elle entraîne se trouvant comprises dans la conversion de la vapeur en liquide, les résidus gazeux s’échappent inaperçus dans l’atmosphère.

De telles dispositions permettent d’employer sans aucune perte notable les produits en chaleur de la combus-

PAR LE CALORIQUE

io3

tion la plus complète, et l’on ^ pu en voir des exemples dans les appareils des bains Vigier.

Il est facile de concevoir qu’un moyen aussi commode de déterminer des courans d’air, soit par aspiration , soit par impulsion, est applicable aux opérations les plus importantes des arts et de la vie domestique: nous n’en citerons que quelques exemples.

La ventilation des lieux publics , des hôpitaux, des mines , etc. , sera produite avec la plus grande facilité, au moyen d’une petite dépense de vapeur et sans aucune complication de mécanisme.

On obtiendra dans les fourneaux à poudeler le fer des températures très élevées et variables à volonté , en substituant à leur haute cheminée , dont l’action est insuffisante et infidèle , un court tuyau dans lequel le courant sera déterminé par un jet de vapeur, dont on réglera l’importance par un robinet à cadran.

On établira la soufflerie des hauts fourneaux en faisant agir la colonne d’air par impulsion; on aura, il est vrai , un mélange d’un quinzième de vapeur d’eau avec l’air, et l’on prétend que la présence de Peau influe d’une manière nuisible sur la qualité de la fonte; mais il sera facile d’obliger d’abord le courant d’air à traverser des canaux plongés dans un réfrigérant.

En général, dans l’usage domestique et pour les usines situées au milieu des habitations , il sera toujours facile de rendre fumivores les appareils à feu , puisque cette qualité dépend essentiellement de la rapidité du courant d’air dont on dispose pour alimenter la combustion.

La propriété dont jouit un jet; de vapeur d’entraîner dans son mouvement l’air atmosphérique contenu dans un canal, emporte avec elle la possibilité de produire par ce moyen un vide plus ou moins complet dans un espace

Io4 DU changement d’état des corps

fermé, d’une grandeur quelconque; en effet, si l’une des extrémités du canal est en communication avec un espace d’ailleurs fermé et plein d’air, si l’autre extrémité est librement ouverte dans l’atmosphère,, si d’une autre part on a introduit dans ce canal un tel jet de vapeur que la vitesse du mélange commun soit égale à celle avec laquelle l’air rentre dans le vide, il est évident que l’air de la capacité en sortira jusqu’à ce que les deux puissances se fassent équilibre, c’est-à-dire jusqu’à ce que le vide existe dans la capacité.

On sait que l’air rentre dans le vide avec une vitesse de 279m Par seconde, et comme il est facile de communiquer au mélange gazeux une vitesse supérieure, la vapeur seule et à 5 atmosphères ayant une vitesse de 5oom, il s’ensuit qu’il est toujours facile de produire un vide complet dans un espace quelconque, puisqu’on peut employer de la vapeur à des pressions bien supérieures et dont les vitesses peuvent s’élever jusqu’au delà de 6oom.

Si cette nouvelle méthode de faire le vide est féconde en expériences curieuses et en applications de la plus grande importance , il est nécessaire de remarquer que la dépense en vapeur sera toujours très considérable relativement aux masses d’air entraînées, puisque le diamètre de l’orifice d’injection doit être très peu différent de celui du tube extérieur; en sorte que cette méthode ne deviendra applicable que dans les cas où la vapeur, après avoir servi à enlever l’air d’une capacité, pourra être appliquée à quelque autre usage.

Si le jet de vapeur peut ainsi extraire d’une capacité l’air qu’elle contient, elle peut également en enlever toutes les quantités de vapeur qui pourraient s’y trouver dévoloppées ; et cette circonstance fournit un moyen nouveau et précieux d exécuter en grand des évaporations de liquides.

PAR LE CALORIQUE

si ce n’est dans un vide complet , du moins dans un vide partiel , et suffisant pour les besoins des arts.

Si, par exemple, on dispose une chaudière sphérique à double fond, et qu’on la recouvre d’une seconde calotte sphérique, si l’on fait communiquer l’espace enfermé par la calotte supérieure avec le double fond au moyen d’un tube recourbé, et si dans ce tube même on pratique une injection de vapeur dirigée de la calotte supérieure vers le double fond , un liquide tel que du sirop de sucre sera promptement porté à l’ébullition, et la vapeur qu’il produira étant sans cesse rapportée avec celle de l’injection dans le double fond de la chaudière , l’ébullition continuera sous une pression beaucoup moindre que celle de l’atmosphère, et par conséquent à une température plus basse que de coutume.

Nous avons fait construire des appareils ainsi disposés dans lesquels l’ébullition de l’eau se produit et s’entretient dans un vide partiel exprimé par une colonne de mercure deom,42; en sorte que la vapeur placée au dessus du liquide n’a qu’une tension exprimée par om,54. On sait assez de quelle importance était pour plusieurs arts, et particulièrement pour les exploitations et les raffineries de sucre, cette condition d’évaporer rapidement sous de faibles pressions et à de basses températures. Nous avons constiuit depuis des appareils beaucoup plus parfaits dans lesquels le jet de vapeur est employé temporairement â faire ou à rétablir le vide, tandis que l’eau froide condense les vapeurs produites. Ces appareils sont utilement employés dans les fabriques de sucre.

Puisqu’un jet de vapeur peut, en communiquant son mouvement à l’air qu’il rencontre dans un canal cylindrique, former un vide derrière lui, et déterminer une puissante aspiration; réciproquement, le mélange d’air et de vapeur, poussé vers l’autre extrémité du tube , peut exer-

106 DU CHANGEMENT d’ÉTAT DES CORPS

cer une égale pression dans le cas où l’air est admis librement dans le canal. Ainsi , étant donné un réservoir plein d’eau avec lequel on ait fait communiquer l’extrémité d’émission du tube, et ce réservoir communiquant par son fond avec un tube qui se relève ensuite jusqu’à une certaine hauteur, nous disons que le mélange d’air et de vapeur exercera sur l’eau contenue dans le réservoir une pression quelconque, la déplacera en l’obligeant à monter par le tube ascendant, et occupera bientôt sa place. Ainsi ce mélange deviendra un agent mécanique propre à mettre de l’eau en mouvement sans l’intermédiaire d’aucune pièce mécanique , comme pistons et autres moyens employés jusqu’ici. Il ne reste plus qu’à examiner si la force élastique de la vapeur est employée ici avec plus ou moins d’avantage que dans les méthodes connues.

Si nous nous reportons à la formule qui exprime les conditions du mouvement dans un tube libre, savoir :

nous verrons qu’il est facile d’en déduire les volumes écoulés par seconde en vertu de la vitesse X, et par la section dont Pt est le rayon; ainsi en désignant ce volume par M, on aura.

11 sera également facile de déterminer dans le volume total M ce qui appartient à l’air entraîné par la vapeur en retranchant le volume connu de cette vapeur écoulée pendant le même temps par l’orifice dont le rayon est r.

D’une autre part, quelles que soient les proportions du mélange d’air et de vapeur, il est évident que la vapeur aura subi la même expansion que dans un espace vide , et

PAR LE CALORIQUE

ÏO7

qu’en conséquence son volume propre sera le volume total, que la force élastique qu’elle aura conservée sera en raison inverse de ce volume, et qu’enfin sa température se sera abaissée jusqu’au degré qui correspond à cette tension.

En suivant cette série de calculs et de considérations appliquées à un cas particulier, on trouve par exemple que si la section principale a om,o54 de rayon, si la section par où s’écoule la vapeur a om,ooi de rayon, la vitesse d’écoulement du mélange sera iora,72 par seconde, le volume écoulé dans la même unité de temps sera 107 litres de mélange qui seront formés de 1 1. , 5 7 de vapeur à 3 atmosphères, et de io5 1. , 63 d’air, etc.

Le volume de la vapeur sera:: 1,57: 107; la température sera abaissée h 2 20; sa tension correspondra à om,024 de mercure ou om,32 4 d’eau.

Il est facile de voir que dans cette opération l’expansion de la vapeur est mise à profit depuis trois atmosphères jusqu’à om,o24 de mercure: par conséquent dans une étendue qui surpasse de beaucoup ce qu’on a jamais pu espérer des mécanismes connue.

On voit aussi que la vapeur mêlée à l’air à cette température ne peut éprouver aucune condensation notable dans son contact avec l’eau ou avec les parois des vases, d’abord parce que la différence de température est faible, et en second lieu parce que l’interposition d’une grande quantité d’air rend la condensation de la vapeur extrêmement lente, tandis que les pressions à opérer durent à peine quelques secondes dans toutes les circonstances pratiques.

Nous n’avons pas tenu compte de la communication de chaleur qui doit se faire de la vapeur à l’air, avec lequel elle se mêle; il était en effet inutile de faire entrer cette donnée dans le calcul des effets mécaniques; car les gaz et les vapeurs se dilatant d’une même quantité pour un même nombre de degrés du thermomètre , il s’ensuit que

lo8 DU CHANGEMENT d’ÉTAT DES CORPS

si la vapeur s’est refroidie, l’air s’est échauffé, et conséquemment dilaté; et quand bien même la vapeur se serait condensée en grande partie, ou plutôt, comme cela arrive, convertie en vapeur vésiculaire, tout le calorique qui la constituait étant employé à la dilatation de l’air, le résultat mécanique demeurerait encore identique.

Une considération qui découle de ce que nous venons de dire , et qui est extrêmement importante , c’est que , si la communication de la température de la vapeur à l’air ne modifie pas les effets mécaniques , elle a le grand avantage d’abaisser beaucoup la température commune , et conséquemment de diminuer encore la chance de la condensation et de réchauffement des parois des vases.

Cette nouvelle méthode d’élever de l’eau de réservoir en réservoir sans pièces mécaniques , et en profitant de la détente de la vapeur jusqu’à des limites très reculées, deviendra on ne peut pas plus avantageuse pour l’élévation des eaux dans les grandes villes, les épuisemens de toute nature, et même l’alimentation des canaux. Il ne serait pas impossible .de fonder sur cette méthode un jeu d’écluses sans consommation d’eau courante , puisque le niveau pourrait être élevé aux dépens de l’eau inférieure.

On cherche depuis long-temps à introduire des améliorations dans l’art de la navigation à la vapeur : elles doivent principalement consister dans la suppression des pièces mobiles extérieures au bâtiment, et de ce mécanisme à grande puissance qui résiste si difficilement à l’agitation de la mer , et aux mouvemens de la coque du bâtiment, encombrant d’ailleurs sa capacité et le chargeant d’un poids tel qu’il ne peut plus recevoir aucun chargement additionnel , et peut à peine emporter du com hustible pour quelques jours.

Déjà l’application de nos nouveaux principes au tirage des fourneaux permet de supprimer les cheminées ascen-

PAR LE CALORIQU lî.

danles, et de réduire de beaucoup le poids des chaudières.

Nous avions nous - même proposé de déterminer la propulsion du bâtiment , err mettant en mouvement des colonnes d’eau qui le traversent dans toute sa longueur, et la marine a fait quelques tentatives incomplètes sur ces principes.

On fait usage, dans ce nouvel appareil, d’une pompe à grandes dimensions qui a pour effet de mettre en mouvement, alternativement et avec intermittence, deux colonnes d’eau contenues dans des tubes métalliques qui traversent le bâtiment d’un bout à l’autre , au dessous du niveau de sa flottaison.

D’après les nouvelles données fournies par nos recherches sur l’action d’un mélange d’air et de vapeur, l’impulsion pourra être donnée directement à ces colonnes d’eau au moyen de volumes d’air entraînés dans un tube d’un diamètre convenable par une injection de vapeur; en sorte que l’ensemble de ces principes se trouvant complètement appliqué à la navigation à la vapeur, on obtiendra un bâtiment qui ne portera, pour tout mécanisme, que des chaudières et des canaux cylindriques situés à fond de cale, sans cheminée ni aucune pièce d’appareil qui doivent s’élever au dessus du faux pont.

Ces bâtimens consommeront beaucoup moins de combustible que les meilleures machines actuelles; le pont et l’entrepont demeureront parfaitement libres; l’appareil moteur ne représentera que du tonnage du bâtiment ; quand il sera question de voyages prolongés , on pourra embarquer du combustible pour un temps considérable ; enfin les bâtimens à vapeur pourront devenir des moyens militaires qui jouiront d’une grande supériorité sur tous ceux que le vent seul peut mettre en mouvement,