Bonjour,
Nous allons nous intéresser aujourd'hui à l'étrange "phénomène des 3 paliers", propre à l'écoulement des gaz. Pour décrire ces 3 paliers, nous allons parler des tuyères de Laval. Nous verrons que différentes questions se posent, et nous espérons que le lecteur de cet article pourra entrevoir les réponses .. en la matière.
Voici un schémas très simplifié d'une tuyère de Laval :
La règle à conserver à l'esprit pas seulement pour y décrire ce qui se passe à l'intérieur, mais aussi pour se poser la ou les bonnes questions, c'est de partir du principe que la masse de gaz dans une ligne de déplacement (montrée ci-dessus par les flèches) se conserve en tout plan "perpendiculaire" à cette ligne : à chaque "section".
Mais là où des fluides sont à l'étude, si en quelqu'endroit d'un tel système les masses se conservent, nous pouvons alors nous référer non plus à l'énergie de ce système, mais bien à sa densité d'énergie. Et dès lors, nous avons affaire au principe de Bernoulli.
Sur l'image ci-dessus, il faut en réalité lire: "La somme des densités d'énergie au point A est égale à la somme des densités d'énergie au point B. Note: les physiciens du second millénaire donnent à la pression PA des unités qui portent le nom de "pascals"; ce terme est désuet. Les pascals sont remplacés par ce qu'ils sont réellement: des m²/sec² et nous voyons dès lors que partout sur cette équation, nous avons affaire à des "vitesses carrées", des densités d'énergie.
Servons-nous donc de l'équation de Bernoulli ci-dessus: au début de l'explosion "dans" la tuyère, à l'entrée du convergent d'une tuyère, la pression est absolument phénoménale, mais la densité d'énergie cinétique est égale à zéro: les gaz n'ont pas encore de vitesse. Donc nous avons uniquement une pression P ici.
Ensuite, et à l'opposé, à la sortie du divergent de la tuyère, la pression est descendue à l'équilibre avec la pression environnante. Prenons le cas où nous sommes dans l'espace: la pression vaut zéro. La pression a disparu au profit de la densité d'énergie cinétique. Nous obtenons donc: Pconv + 0.v² = 0.P + 1/2 rho.v²div , soit la formule suivante :
Mais La notation ci-dessus n'est pas encore parfaite, car il manque ce qui se passe dans le col de la tuyère, où nous avons un "composé de densité statique (P) et cinétique (v²)".
Donc l'équation qui nous intéresse est celle-ci:
Mais avant de résoudre cette équation (de la vérifier), parlons des anomalies constatées dans la tuyère de Laval par rapport à un simple système de fluide sous pression à volume variable..
La section S au niveau du col (en rouge, voir plus haut, et en pointillé ci-dessous) est à elle seule une zone très particulière, où règne un curieux équilibre entre vitesse d'écoulement et vitesse du son, équilibre symbolisé par le rapport 1 ou "nombre de Mach" égal à 1.
Là où les particules de gaz convergent (à partir de S1 vers le col), la vitesse du gaz augmente au fur et à mesure qu'il avance, mais reste en-dessous de la vitesse du son: M < 1 ; à droite et à partir de la section du col, la vitesse est supersonique et augmente encore jusqu'à S2 ; le nombre de Mach M est supérieur à 1.
Voici un exemple de paramètres de fonctionnement d'une tuyère de Laval: tout le débit s'initie à partir d'une pression et températures très élevées au début S1 du "convergent", pour garder le même débit massique tout au long du parcours, débit qui "finit" à l'extrémité S2 du divergent sous une pression égale à celle de l'atmosphère (1 bar) et sous la vitesse énorme de 3700 m/s: 11 fois la vitesse du son.
Le titre de cet article parle de vitesses soniques inexplicables; il s'agit effectivement de ...
1. Quel que soit le débit et donc la pression du gaz au début du convergent, la vitesse du fluide est toujours "sonique" au niveau du col. Autrement dit elle est toujours égale à la vitesse du son dans le resserrement, pour le type de gaz utilisé. Ce phénomène est consternant et n'a aucune justification actuelle en physique classique.
2. Dès que le débit massique de gaz est atteint dans toute la tuyère (rappel: il est identique partout) à cause du différentiel de pression, ni la vitesse ni le débit n'augmentent encore, même si on abaisse à nouveau la pression au niveau extrême du divergent; ceci est-il dû au phénomène précédent ? Si oui, c'est d'autant plus inexplicable.
3. Il est très facile pour les physiciens de faire intervenir l'équation de Hugoniot pour tenter de justifier que le principe de Bernoulli ne s'applique que dans le début de la tuyère -le convergent- jusqu'au col.
Mais en réalité, les "scientifiques" n'ont d'autre recours qu'utiliser l'inexplicable rapport (nombre) de Mach de cette équation pour calculer les vitesses supersoniques dans le divergent.
Quittons un peu ces considérations, pour éditer les règles sur "la divergence".
A. Lorsqu'on examine ce qui se passe dans la tuyère de Laval à ses différents stades de débit, l'on sait que les gaz partent d'une très haute pression dans le convergent pour terminer à basse pression dans le divergent. La différence de potentiel entre les deux côtés (appelée pression différentielle) se calcule en unités de vitesse², donc en m²/sec² (ou encore en "pascals").
Or la Pression différentielle n'est rien donc qu'une accélération multipliée par la Longueur du conduit dans laquelle elle s'applique ! P = a . L
La masse de gaz, elle, est entraînée sur tout le parcours par cette accélération, mais en se conservant quelle que soit la section.
Première règle: "la divergence" se crée ou "prends son essor" à partir d'une zone d'un conduit ayant rempli son "égalité" de potentiel, équivalente à la densité du vide, encore appelée "pression" du vide.
Cette zone très particulière est "le point compensé" par damping acoustique; dans une tuyère de Laval, cela se passe au niveau du col !
Deuxième règle: "la divergence" est un comportement fluidique nouveau qui change la structure même de l'accélération classique des particules et leur mode chaotique d'écoulement en mode "organisé" répulsif.
Troisième règle: "la divergence" pourrait se définir comme étant une accélération par unité de temps, mais ce serait la comparer à la notion d'à-coup, en physique, alors qu'elle est bien plus que cela.
Son domaine de définition unitaire est tout simplement le mètre par seconde cube, autrement écrit : m/sec3 . Toute personne croyant avoir affaire à une accélération normale (en m/sec²) dans le divergent d'une tuyère se trompe; les unités de temps au dénominateur sont en 3 dimensions isochrones, perpendiculaires au sens du déplacement dans l'espace; sans cette modalité, les particules de gaz ne pourraient à la fois s'épandre dans les 3 directions, accélérer et .. conserver le débit massique !!
La variation de densité du gaz dans le divergent d'une tuyère est la conséquence de l'apparition du temps cubique, et non l'inverse.
Ci-dessus: l'Univers lui-même est compris dans une topologie de tesseract (en 4 dimensions) à déplacement isochrone (en paliers virtuels, voir ci-dessus) : 3 unités de temps, une unité d'espace; c'est pour cela qu'inexplicablement il gonfle à ses "extrémités" (inflation).
(Pour voir le site d'origine de l'image ci-dessus, cliquez ici.)
A la découverte du champ sigma Σ: il est temps de parler des 3 potentiels de pression.
Le premier est la vitesse cinématique ordinaire: ses unités sont le m1/ sec1 ou tout simplement le m/sec; la vitesse est bel et bien une pression à 1 dim longitudinale du liquide dans un conduit ou d'une masse dans un paysage, même si dans ce même paysage il semble ne pas exister de conduit quand la masse se déplace.
Le second est la pression ordinaire: ses unités sont le m2/ sec2; c'est donc une vitesse carrée ou vitesse à 2 dim. La pression est toujours au croisement (la multiplication) d'un flux aller et d'un flux-retour même à l'intérieur d'un récipient hermétique, à 2 dimensions longitudinales.
Le troisième est le champ Σ : ses unités sont le m3/sec3; cette pression aux étranges virtualités est une vitesse cube, ou vitesse à 3 dimensions. Nous avons vu que l'Univers est compris dans une topologie de tesseract; en fait, comme il est dit plus haut, les galaxies (par exemple) se déplacent en mode de divergence D constituée de m1/ sec3; or elles le font TOUJOURS dans un conduit fabriqué pour elles, conduit qui possède une section S en m². Donc, pour calculer le champ sigma Σ de ce complexe d'étoiles, il faut établir la multiplication des 2 critères:
D x S = Σ
La vitesse, la divergence sont mobilisables par création d'un différentiel !!
Observons ce qui se passe avec cet instrument que l'on appelle saxophone.
Comme dans tout écoulement de fluide gazeux, le débit s'effectue à l'intérieur de l'instrument en m3/ sec.
Partons du postulat qu'avant le sifflet d'air, l'accélération de l'air est en mode Bernoulli en m/ sec²; mais à partir du sifflet, le débit d'air s'effectue sur une accélération divergente du "fluide gazeux" en m/ sec3.
Dans ce cas, la pression d'air n'est plus ordinaire en vit², comme dans un conduit de gaz "normal", mais est déjà passée en vit3 dans le champ sigma (Σ).
Etant donné que la section grandit (et se termine évasée comme dans une tuyère de Laval), le champ sigma D x S = Σ est beaucoup plus grand à l'extrémité du saxo qu'au niveau du sifflet d'air dont on vient de parler !
L'on voit également que l'aspect thermodynamique n'entre pas spécialement en jeu dans cet exemple..
.. dans une tuyère de Laval, la divergence et la vitesse supersonique du fluide gazeux sont obtenus par brûlage de combustible à très haute température; ici, le débit "de style" divergent en accélération en m / sec3 est obtenu sans hausse spécifique de température et même sans qu'il soit prouvé que la vitesse est supersonique à l'extrémité évasée du saxophone.
Comment cela a-t-il été rendu possible ? C'est très simple: parce qu'à partir du sifflet de l'instrument, la pression acoustique n'est rien d'autre que l'essence même de la musique de l'instrument: le champ sigma.
Pression acoustique = Σ
Ici, il nous faut revenir à la résolution ou la vérification de l'équation de Bernoulli dont nous avons parler plus haut
a suivre: article en construction
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