H9 Appareil de Hele-Shaw — Équipement de formation, d'enseignement et didactique en ingénierie des fluides1. Description
L'appareil de Hele-Shaw permet de visualiser les lignes de courant au sein d'un écoulement stationnaire. Il offre aux étudiants la possibilité d'étudier diverses configurations de sources et de puits, ainsi que d'observer une variété illimitée de modèles. Le fonctionnement de l'appareil peut être modélisé par l'équation de Laplace en deux dimensions. Ainsi, les enseignants peuvent également l'utiliser pour illustrer des concepts relevant d'autres domaines de l'ingénierie, tels que l'aérodynamique ou les flux électriques et thermiques.
L'appareil fonctionne grâce à une alimentation en eau stable et exempte d'air, associée à un système de drainage adéquat. L'équipement se compose d'un canal formé par l'espace entre deux plaques. L'eau circule dans ce canal à un faible nombre de Reynolds, de sorte que les forces d'inertie y sont négligeables.
Un colorant, injecté à travers plusieurs petits orifices situés en amont du canal, permet de matérialiser les lignes de courant. La plaque supérieure de l'appareil est amovible. L'équipement est fourni avec une feuille de caoutchouc à partir de laquelle il est possible de découper des modèles de formes variées. Une fois placés entre les deux plaques, ces modèles permettent aux étudiants d'observer les motifs des lignes de courant qui les contournent. De plus, des vannes et une pompe à vide permettent aux étudiants de configurer deux sources et deux puits (ou toute combinaison de ces éléments).
Pour réaliser les expériences, les étudiants mettent en marche l'écoulement de l'eau et ouvrent la vanne d'injection du colorant juste assez pour générer des lignes de courant clairement visibles. Ils peuvent utiliser une source, un puits, ou diverses combinaisons de points d'injection et d'aspiration. La pompe à vide permet d'intensifier l'effet des puits.
Pour intégrer des modèles dans le flux principal de l'appareil et étudier les lignes de courant, les étudiants découpent les formes souhaitées (à partir du matériau fourni). Ils insèrent ensuite le modèle entre les deux plaques de l'appareil et lancent l'écoulement.
Afin d'assurer une charge constante et un écoulement régulier, TecQuipment propose en option un réservoir de niveau constant (modèle H9a).
2. Caractéristiques principales :
• Démonstration visuellement percutante d'une grande variété de configurations d'écoulement autour de formes diverses
• Idéal pour les démonstrations en travail individuel ou en groupe
• Compact et autonome
• Modèles faciles à découper dans une feuille (fournie) — pratiquement toutes les formes sont réalisables
• Introduction idéale à l'étude des écoulements potentiels incompressibles (aérodynamique)
• Points sources et puits inclus
• Permet de visualiser les problèmes d'infiltration dans les sols
3. Objectifs pédagogiques
Diverses expériences de visualisation d'écoulement en deux dimensions :
• Sources et puits dans un écoulement uniforme
• Doublet dans un écoulement uniforme
• Écoulement autour d'un cylindre (disque) et d'un profil aérodynamique
• Écoulement à travers un orifice et un diffuseur
• Écoulement à travers un échangeur de chaleur
• L'équation de quantité de mouvement
• Écoulement laminaire entre deux plaques parallèles
• Équations de vitesse moyenne (y compris pour l'infiltration dans les sols)
• Relations relatives aux écoulements potentiels
