Ecoulement eau de mer dans un conduit

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Posted by: Narhm

Bonjour à tous !

Voilà, je suis sur un projet et j'aimerai avoir votre aide à propos de ceci :
J'ai un fluide ( eau de mer salée ) qui coule dans un conduit.
J'aimerais pouvoir étudier le comportement du fluide ( vitesse, debit .. ) en prenant en compte les consequences de la corrosion ( donc perte de matiere sur le conduit ) et du biofouling ( ajout de matiere sur le conduit ). Comme sur mon schéma. SCHEMA

Je sais que ceci dépend de beaucoup de parametre mais sur quels principes pourais-je me baser d'un point de vue assez simpliste ?

Aussi, j'aimerais étudier l'écoulement d'un fluide, toujours notre fameuse eau de mer, sur une pale d'une hélice pour en faire resortir une mesure de débit.
Comment pourrais-je aborder ce sujet ci ?

Je vous remercie de votre aide, indication ou autres.
Au revoir !


Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:
Posté par Narhm
Bonjour à tous !

Voilà, je suis sur un projet et j'aimerai avoir votre aide à propos de ceci :
J'ai un fluide ( eau de mer salée ) qui coule dans un conduit.
J'aimerais pouvoir étudier le comportement du fluide ( vitesse, debit .. ) en prenant en compte les consequences de la corrosion ( donc perte de matiere sur le conduit ) et du biofouling ( ajout de matiere sur le conduit ). Comme sur mon schéma. SCHEMA

Je sais que ceci dépend de beaucoup de parametre mais sur quels principes pourais-je me baser d'un point de vue assez simpliste ?

Aussi, j'aimerais étudier l'écoulement d'un fluide, toujours notre fameuse eau de mer, sur une pale d'une hélice pour en faire resortir une mesure de débit.
Comment pourrais-je aborder ce sujet ci ?

Je vous remercie de votre aide, indication ou autres.
Au revoir !

Bonjour,
Quel est la nature de ton écoulement : laminaire, turbulent?
Sa vitesse ?
Le matériaux constituant le tube?
La température de l'eau de mer ?
Tu te places dans le cadre d'un écoulement stationnaire?

Deux remarques:
- sous réserve d'un matériaux exotique, l'influence de la corrosion par perte de matière à la surface limite me semble tout à fait négligeable !
- ce genre d'écoulement est d'habitude modéliser avec Navier-Stokes. Connais-tu cette équation?


Posted by: Narhm

Pour l'instant je n'ai pas vu l'équation de Navier-Stokes.
Je vais etre plus précis, mon écoulement est stationnaire, sa vitesse est 0.5m/s, la température de l'eau est de 12°C.

On peut supposer que le matériau utilisé est de l'acier au carbone mais je peux tout autant me permettre de simplifier l'affaire avec un matériau plus commun.

Je veux principalement illustrer des causes ( corrosion , biofouling sur un matériau ) et ses conséquences sur la vitesse de l'eau de mer circulant dans le matériau.

Ceci pourrait me conduire à mon second probleme, l'écoulement de l'eau de mer sur une hélice et c'est pourquoi il m'est impossible de négliger la perte de matiere due à la corrosion, je dois mettre en évidence la perte de vitesse de rotation d'une hélice corrodée face à une hélice non corrodée.


Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:
Posté par Narhm
Pour l'instant je n'ai pas vu l'équation de Navier-Stokes.
Je vais etre plus précis, mon écoulement est stationnaire, sa vitesse est 0.5m/s, la température de l'eau est de 12°C.

On peut supposer que le matériau utilisé est de l'acier au carbone mais je peux tout autant me permettre de simplifier l'affaire avec un matériau plus commun.

Je veux principalement illustrer des causes ( corrosion , biofouling sur un matériau ) et ses conséquences sur la vitesse de l'eau de mer circulant dans le matériau.

Ceci pourrait me conduire à mon second probleme, l'écoulement de l'eau de mer sur une hélice et c'est pourquoi il m'est impossible de négliger la perte de matiere due à la corrosion, je dois mettre en évidence la perte de vitesse de rotation d'une hélice corrodée face à une hélice non corrodée.


Bonjour,
Sans Navier-Stokes, cela ne va pas être commode, mais c'est faisable, comme Monsieur Jourdain. Ou on pourra essayer de voir avec le théorème de Bernoulli, bien que ce ne soit pas très adapté à ton problème... Quel est ton niveau?
Dans les conditions que tu mentionnes, la perte de matière sur le tube par unité de longueur serait vraiment très négligeable, sans doute de l'ordre du mg par jour et par m² de surface limite (et encore!). Dans les calculs, cet effet sera tout à fait négligeable! En fait, tu peux en calculer un ordre de grandeur en connaissant la solubilité du métal dans l'eau à la température donnée et le débit.

Si je comprends bien, tu veux aborder le problème des dégradations d'hélice par cavitation?
Dans ce cas, il y a effectivement perte de matière sur l'hélice, mais les conditions sont très différentes: les vitesses locales d'écoulement en bout de pale sont très grande et l'écoulement est turbulent!

Note bien qu'on peut avoir de la cavitation dans un tuyau, mais il faut pour cela que la pression du liquide atteigne la tension de vapeur du liquide àla température donnée (il faudra vérifier ça, je te l'énonce d'après mes souvenirs!). Cela ne semble pas être ton cas! En particulier, la section du tube est constante, n'est-ce pas?


Posted by: Narhm

Bonjour Dominique !

Je travaille sur l'énergie produite par l'eau, j'ai pris le cas de l'eau de mer en référence à l'usine Maremotrice de La Rance qui procede ainsi.

Je suis en 2e année de prépa dans une école d'ingénieur.

Au final j'aimerais montrer des choses sur la perte d'éfficacité d'une machine utilisant de l'eau pour produire de l'énergie electrique dans les cas ou elle, ma machine, n'est pas bien protégée des phénomenes de corrosion.
En particulier avec mon hélice corrodée qui abaisserait les performances de la machine.
Je pensais donc me servir de l'effort que fournit l'eau sur la pale de l'hélice. Du fait que l'hélice soit corrodée engendre bien des pertes de matiere. Des imperfections devraient ralentir l'écoulement de l'eau sur les pales et donc diminuer la vitesse de rotation de l'hélice et du coup => moins d'énergie produite.
Mon but est alors de pouvoir justifier ce phénomene qui m'ammenerait à en effet justifier une protection electrochimique ( cathodique, revetement, etc ).
Pour se faire, je veux pouvoir comprendre comment agit l'eau sur les pales d'une hélice dites "parfaite", et ensuite pouvoir comparer avec une hélice que l'on pourrait peut-etre dire de matiere rugueuse due à la corrosion. Je ne sais pas si c'est une bonne démarche.

Est-ce que dans des grosses usines, telle que l'usine marémotrice, la corrosion des pales d'une hélice est important pour eux, ou il protege leur installation dans un autre but ? Et y a t il une réelle perte de perfomance du à la corrosion ?
Selon vos dires, ca ne le serait peut etre pas alors...

Je vous remercie pour votre aide.


Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:
Posté par Narhm
Bonjour Dominique !

Je travaille sur l'énergie produite par l'eau, j'ai pris le cas de l'eau de mer en référence à l'usine Maremotrice de La Rance qui procede ainsi.

Je suis en 2e année de prépa dans une école d'ingénieur.

Au final j'aimerais montrer des choses sur la perte d'éfficacité d'une machine utilisant de l'eau pour produire de l'énergie electrique dans les cas ou elle, ma machine, n'est pas bien protégée des phénomenes de corrosion.
En particulier avec mon hélice corrodée qui abaisserait les performances de la machine.
Je pensais donc me servir de l'effort que fournit l'eau sur la pale de l'hélice. Du fait que l'hélice soit corrodée engendre bien des pertes de matiere. Des imperfections devraient ralentir l'écoulement de l'eau sur les pales et donc diminuer la vitesse de rotation de l'hélice et du coup => moins d'énergie produite.
Mon but est alors de pouvoir justifier ce phénomene qui m'ammenerait à en effet justifier une protection electrochimique ( cathodique, revetement, etc ).
Pour se faire, je veux pouvoir comprendre comment agit l'eau sur les pales d'une hélice dites "parfaite", et ensuite pouvoir comparer avec une hélice que l'on pourrait peut-etre dire de matiere rugueuse due à la corrosion. Je ne sais pas si c'est une bonne démarche.

Est-ce que dans des grosses usines, telle que l'usine marémotrice, la corrosion des pales d'une hélice est important pour eux, ou il protege leur installation dans un autre but ? Et y a t il une réelle perte de perfomance du à la corrosion ?
Selon vos dires, ca ne le serait peut etre pas alors...

Je vous remercie pour votre aide.


Merci de ces précisions, qui posent le cadre du problème.

Les performances d'une hélice de turbine sont mesurées in fine par la capacité à transmettre ou à capter (dans ton cas...) de l'énergie au milieu. Et ses performances tiennent en autres à sa géométrie.
je crois qu tu devrais distinguer deux types de corrosion:
- la corrosion électrolytique, commune à tous les métaux immergés, qui déforme la géométrie de l'hélice, d'abord en communiquant de la rugosité à la surface, ce qui modifie l'état de l'écoulement.
- la corrosion due à la cavitation, qui provoque une ablation de matière importante par des processus qui ne sont pas électrolytiques (en première approche du moins).
Cela reste à vérifier, mais il me semble que la vitesse de rotation des pales sur les turbines de la Rance est insuffisante pour engendrer de la cavitation. Je suis d'ailleurs persuadé que les concepteurs ont tout fait pour éviter cette cavitation.

Reste donc la corrosion électrolytique. Les turbines marines ne sont pas mon domaine de compétence, mais je me demande si l'apparition d'une couche mince d'oxyde sur les pales d'une hélice impacte significativement le rendement de la turbine. As-tu des données sur le sujet?
Je sais que les hélices de bateau sont fraisées dans des alliages peu corrosifs et que le principal problème qu'on se pose sur ces hélices est le problème de cavitation, non seulement pour l'usure de l'hélice (on a perdu une hélice comme ça pendant les essais du Charles de Gaulle) mais surtout pour le bruit! Mais leur vitesse de rotation est très rapide...


Posted by: Narhm

Malheureusement je n'arrive pas à trouver de doc assez précise pour me dire si il y a de la corrosion par cavitation. EDF peut etre très gentil en doc, mais c'est bien trop vague, en principe destinnée à des eleves qui veulent faire un exposé, donc trop superflux comme donnée. Ils détiennent quasiment toutes les informations et sont presque les seuls à les avoir, en ce qui concerne la Rance ( et ils ne les donnent pas si facilement ).
En revanche, je sais que la vitesse nominale des alternateurs avoisinne les 93,75 tr/min, et que le débit maximal par turbine est 275 m3/s.

En ce qui concerne la diminution du rendement à cause de la corrosion, l'idée est venu en discutant avec un professeur de mon école.
J'evoquerai votre point de vue avec lui pour avoir plus de certitude.

Mais dans tous les cas, en prenant des valeurs de déformation acceptables sur une pale, ne serait-il pas possible de discuter des effets produits par cette corrosion ? Il est certainement possible d'anticiper ces déformations sur les pales et peut etre alors de se rendre compte dans un premier temps d'une diminution de la vitesse de rotation de l'hélice ? apres peut etre du rendement de l'installation.


Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:
Posté par Narhm
Malheureusement je n'arrive pas à trouver de doc assez précise pour me dire si il y a de la corrosion par cavitation. EDF peut etre très gentil en doc, mais c'est bien trop vague, en principe destinnée à des eleves qui veulent faire un exposé, donc trop superflux comme donnée. Ils détiennent quasiment toutes les informations et sont presque les seuls à les avoir, en ce qui concerne la Rance ( et ils ne les donnent pas si facilement ).
En revanche, je sais que la vitesse nominale des alternateurs avoisinne les 93,75 tr/min, et que le débit maximal par turbine est 275 m3/s.

En ce qui concerne la diminution du rendement à cause de la corrosion, l'idée est venu en discutant avec un professeur de mon école.
J'evoquerai votre point de vue avec lui pour avoir plus de certitude.

Mais dans tous les cas, en prenant des valeurs de déformation acceptables sur une pale, ne serait-il pas possible de discuter des effets produits par cette corrosion ? Il est certainement possible d'anticiper ces déformations sur les pales et peut etre alors de se rendre compte dans un premier temps d'une diminution de la vitesse de rotation de l'hélice ? apres peut etre du rendement de l'installation.


Si l'on admet que la vitesse de rotation de l'arbre de l'hélice est égale à celle de l'arbre de l'alternateur (ce qui n'est pas évident, mais je pense que si), il faut connaître le diamètre de l'hélice et la température de l'eau pour calculer la vitesse de cavitation théorique. Mais la cavitation dépend aussi de la géométrie de l'hélice (on fait des hélices de sous-marins qui tournent vite mais ne cavitent pas).
Mais franchement, je crois qu'ils ont pris leur disposition pour que cela ne cavite pas!
Pour l'influence de la modification de la géométrie sur la diminution de rendement, je suis un peu sec (c'est de circonstance...). On peut imaginer que la corrosion influe sur l'état de surface et donc que l'écoulement soit turbulent en couche limite: ce n'est pas évident... Quant à une déformation de la forme de l'hélice (au dela de son état de surface), je ne sais pas, je suis sceptique. As-tu fait des recherches sur internet sur le sujet?


Posted by: Dominique Lefebvre

Voici un document qui explique l'influence de l'éta de surface d'une hélice sur la cavitation http://wwwold.ecole-navale.fr/fr/ir...vaux/brient.pdfJ'ai pensé que dans le cas de la Rance, ce qui devrait te préoccuper, c'est plutôt l'abrasion par les impacts des sédiments sur l'hélice. La turbidité de l'eau doit être considérable dans le coin!


Posted by: Narhm

Merci beaucoup Dominique pour ces informations.
En effet, et tu me l'avais bien fait remarquer, il est presque inutile de s'aventurer dans une telle démarche sur les pales. La corrosion et le rendement ne sont que trop peu liés.
Pour la cavitation, il y a bien fort à penser que ce probleme n'existe "plus" pour la Rance, comme tu le disais tout aussi bien, probleme reglé à la conception. ^^

Je vais aller lire un peu cette these, merci , grand merci pour tes démarches et ton aide.

Bonne soirée :)










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