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Pression dynamique

1738
  • Daniel Bernoulli
Installation de soufflerie avec tube de Pitot pour mesurer la pression dynamique en mécanique des fluides.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Dynamique pressionL'énergie cinétique par unité de volume d'un fluide, notée q ou Q, est définie par la formule q = ½ ρu², où ρ est la masse volumique locale du fluide et u sa vitesse. Cette grandeur est fondamentale en dynamique des fluides pour quantifier la pression induite par le mouvement du fluide.

The concept of dynamic pressure originates from the la conservation de l'énergie for a moving fluid. It represents the portion of the fluid’s total energy associated with its bulk motion. The formula [latex]q = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex] can be derived by considering the kinetic energy ([latex]E_k = \frac{1}{2} m u^2[/latex]) of a small parcel of fluid with mass [latex]m[/latex] and volume [latex]V[/latex]. Since density [latex]\rho[/latex] is mass per unit volume ([latex]\rho = m/V[/latex]), the kinetic energy per unit volume is [latex]E_k/V = (\frac{1}{2} m u^2)/V = \frac{1}{2} (m/V) u^2 = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex]. This result shows that dynamic pressure is not a pressure in the conventional sense of a normal force per unit area exerted by molecular collisions (which is static pressure). Instead, it is a scalar quantity with units of pressure (Pascals in SI units) that conveniently represents the kinetic energy density of the flow. This distinction is crucial; dynamic pressure cannot be measured directly by a standard pressure gauge oriented parallel to the flow. It can only be measured by bringing the fluid to a stop isentropically, converting its kinetic energy into a measurable pressure increase.

Historiquement, les bases ont été posées par Daniel Bernoulli dans son ouvrage de 1738, *Hydrodynamica*. S'il a formulé le principe général de la conservation de l'énergie dans les fluides, l'isolement et la dénomination explicites de la « pression dynamique » en tant que terme distinct se sont généralisés avec le développement de la dynamique des fluides et de l'aérodynamique modernes à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. Son utilité réside dans la simplification des équations complexes de la dynamique des fluides. Par exemple, dans de nombreux calculs aérodynamiques, les forces sont adimensionnalisées à l'aide de la pression dynamique, ce qui permet de comparer les performances aérodynamiques d'objets de tailles différentes à des vitesses différentes et dans des fluides différents, pourvu que d'autres paramètres comme… Nombre de Reynolds sont appariées. Cela en fait une grandeur fondamentale pour les essais en soufflerie et la dynamique des fluides numérique (CFD).

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Les lois du mouvement d'Isaac Newton
  • Concept d'énergie cinétique ([latex]E_k = frac{1}{2}mv^2[/latex])
  • Premiers concepts de pression et de densité
  • Principes de conservation de l'énergie

Applications

  • conception d'aéronefs (calcul de la portance et de la traînée)
  • conception d'un compteur Venturi pour la mesure du débit
  • Fonctionnement du tube de Pitot pour la mesure de la vitesse de l'air
  • prévisions météorologiques (analyse des charges de vent sur les structures)
  • conception automobile (optimisation aérodynamique)
  • génie civil (charge du vent sur les ponts et les bâtiments)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • façades de bâtiments adaptatives qui changent de forme pour minimiser la charge du vent en fonction des données des capteurs de pression dynamique en temps réel
  • vêtements de sport intelligents avec capteurs intégrés pour mesurer la pression dynamique de l'air ou de l'eau, fournissant un retour d'information pour optimiser la forme et réduire la traînée
  • drone flight controllers that use dynamic pressure calculations for more accurate energy consumption estimates and extended flight times
  • modèles météorologiques avancés qui utilisent des champs de pression dynamiques pour mieux prédire le potentiel de dommages structurels causés par les tempêtes et les ouragans
  • dispositifs médicaux implantables qui surveillent le flux sanguin en calculant la pression dynamique pour détecter les sténoses ou les anévrismes
  • Systèmes de contrôle dynamique basés sur la pression pour véhicules autonomes sous-marins (AUV) pour maintenir une efficacité de croisière optimale dans des courants variables
  • systèmes de pulvérisation agricole qui ajustent la pression des buses et la taille des gouttelettes en fonction de la pression dynamique du vent ambiant pour minimiser la dérive
  • systèmes CVC à haute efficacité qui modulent la vitesse du ventilateur en fonction des mesures de pression dynamique dans les conduits pour économiser de l'énergie
  • systèmes de sécurité dans les trains à grande vitesse qui utilisent la pression dynamique pour prédire et contrer l'instabilité induite par le vent latéral
  • expositions de musée interactives qui permettent aux utilisateurs de visualiser les champs de pression dynamiques autour des objets dans une soufflerie virtuelle
En lien avec : pression dynamique, dynamique des fluides, énergie cinétique, masse volumique des fluides, vitesse des fluides, principe de Bernoulli, pression, aérodynamique, écoulement incompressible. mécanique des fluides.

Contexte historique

Pression dynamique

1678
1687
1687
1738
1750
1785
1788
1672
1687
1687
1738
1750
1757
1788
1800

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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