Canal Hydraulique - Licence 3 Egletons

Module L13HydrauliqueSemestre 6 - 2009F.L.Université du limousinDépartement de Génie Civil19300 EgletonsNom, prénom :Groupe TP :Note :/20Canal hydrauliqueDurée : 3 heures 00Contexte :Vous venez de voir en cours des notions ayant trait aux écoulements à surface libre.La visualisation des divers types d’écoulement vous permettra de faire le parallèle entre la théorie etl’expérimentation.Objectifs :Vous devrez être capable de :- caractériser les différents types d’écoulement ;- d’utiliser les différentes formules empiriques pour les déversoirs à bord épais et à bordmince et de les comparer aux résultats expérimentaux.Pré-requis :pertes de charge, hauteur manométrique, équation de Bernoulli,L13 - 22/03/20091/11Séance de travaux pratiques

1. Présentation1 – 1 – Description du ban d’essaiLe canal est réalisé en plexiglas. !Il est supporté sur toute sa longueur par une poutre en acier de section rectangulaire.Le canal a les dimensions suivantes :- longueur utile Lu 4 [m] ;- distance entre l’axe de rotation et l’axe du vérin de réglage de la pente L p 3,56 [m] ;- largeur l 0,1 [m] ;- profondeur utile pu 0,2 [m].Il est alimenté en eau à partir du réservoir principal par une pompe.A – contrôle du débit :- la tuyauterie est munie d’une vanne de réglage de débit ;- le débit est donné par le débitmètre à cadran situé au milieu du canal ;- après chaque variation de débit il faut attendre 2 à 3 [mn] pour atteindre un écoulementstable et relever le niveau de l’eau.B – contrôle de la pente :L’inclinaison du canal est obtenue par un vérin de réglage.La dénivellation est lue sur une règle graduée.C – contrôle de la profondeur :La profondeur et le niveau de l’eau dans le canal à une position quelconque sont mesurés avec lelimnimètre qui se déplace sur 2 rails parallèles au dessus du canal.Un emplacement particulier est prévu pour l’implantation d’ouvrages divers (déversoir à paroimince, déversoir rectangulaire )1 – 2 – Schéma de l’installationSchéma de l’installationFaites un schéma de l'installation dans le cadre ci-dessous :Titre :L13 - 22/03/20092/11Séance de travaux pratiques

2. Etude du canal sans obstacle2 – 1 – ManipulationPour trois valeurs de la pente (attention, une pente n’est pas utilisable, trouver laquelle) vous ferezvarier le débit en jouant sur la vanne. Le débit variera de Qmax à Q 0.Ainsi, vous relèverez pour 6 valeurs du débit la profondeur du tirant d’eau hn à l’aide du limnimètre.Vous choisirez une section de mesure dans la zone du canal où l’écoulement est à peu présuniforme et complèterez le tableau en bas de page.2 – 2 - Exploitation des résultatsDéterminez les valeurs du coefficient de Strickler pour une pente et un débit donnéTracez les 3 courbes hn f(Q) pour les 3 pentes choisies.Que peut-on dire de la variation hn f (Q) ?Hauteur du canal [cm] :Q [l/mn]h lu [cm]hn [m]S mouillée[m²]Hauteur du canal [cm] :Q [l/mn]H lu [cm]Hn [m]S mouillée[m²]Hauteur du canal [cm] :Q [l/mn]H lu [cm]Hn [m]S mouillée[m²]Dénivelée [mm] :CP mouillé[m] Ks[m1/2 /S]mDénivelée [mm] :CP mouillé[m] Ks[m1/2 /S]mDénivelée [mm] :CP mouillé[m] Ks[m1/2 /S]mL’équation de Chézy nous donne :h hl : perte de charge en [mCE]Avec I lL L : longueur du chenal en [m]Vmoy C Rh IL13 - 22/03/2009C : coefficien t de résistance selon ChézyFormule empirique de Bazin :87C m1 RhI : pente de la ligne de charge3/11Séance de travaux pratiques

L13 - 22/03/20094/11Séance de travaux pratiques

3. Etude du canal avec obstacle3 – 1 – Etalonnage des déversoirsEn génie hydraulique, il est courant d’utiliser des déversoirs pour régulariser les écoulements derivières ou de canaux à surface libre. Dans certains cas, lorsque nous connaissons la relation liant ledébit d’un déversoir et le niveau d’eau en amont du déversoir et il est possible de calculer le débiten observant la hauteur d’eau.Les formules des déversoirs peuvent s’écrire sous la forme :Ou encore : 𝑙𝑜𝑔𝑄𝑣 𝑙𝑜𝑔 𝑘 𝑛 𝑙𝑜𝑔 Si le graphe de 𝑙𝑜𝑔𝑄𝑣𝑙𝑜𝑔 𝑘 et sa pente 𝑛.en fonction de 𝑙𝑜𝑔 𝑄𝑣 𝑘 𝑛est une droite, son ordonnée à l’origine seraPour chacun des déversoirs, pour une pente donnée (de votre choix) et pour cinq débits différents,mesurez la hauteur h (hauteur au dessus du seuil).Ainsi, vous pourrez :- tracer la courbe𝑙𝑜𝑔 𝑄𝑣 𝑓 𝑙𝑜𝑔 - déterminer les valeurs de 𝑙𝑜𝑔𝑘;et 𝑛 ;- vérifiez la valeur de 𝑛 , identifiez 𝑘 puis déduisez en les valeurs de m, m’, (à l’aide desformules ci après).3 – 2 – Déversoir rectangulaire sans contraction latéraleIl est appelé aussi déversoir de Bazin.C’est le déversoir le plus utilisé industriellement et donnant les résultats les plus fidèles.Il doit être en paroi mince à nappe libre sans contraction latérale.Nous devons lire la charge h (différence de niveau entre la surface libre en amont et le seuildéversant) à une distance du seuil au moins égale à 5 fois h.De plus l’aération de la nappe doit être complète.Dans ces conditions la formule qui donne ledébit s’écrit :𝑄𝑣 𝑚 𝑙 2 𝑔 3 2Elle résulte de l’application du théorème deBernoulli.L13 - 22/03/20095/11Séance de travaux pratiques

3 – 3 – Déversoir triangulaire avec contraction latéraleDans ce cas le débit est donné par la formule suivante :5𝛼𝑄𝑣 0,533 𝜇 2 𝑔 𝑡𝑎𝑛 223 – 4 – Déversoir à seuil épaisMDans ce cas le débit est donné par la formulesuivante :MM'hhh'3𝑄𝑣 0,385 𝑙 2 𝑔 2P3 – 5 – Venturil1Dans ce cas d’un écoulement noyé, le débit est donnépar la formule suivante :l1l2v1v1Vue en plan𝑄𝑣 𝐿2 2 2 𝑔 1 2Dans ce cas d’un écoulement dénoyé, le débit estdonné par la formule suivante :𝑄𝑣 0,385 𝑙2 2 𝑔 h13 1 2v2h2h3Profil longitudinal en écoulement noyé.h1vchch3Profil longitudinal en écoulement dénoyéL13 - 22/03/20096/11Séance de travaux pratiques

Déversoir rectangulaire sans contraction latéraleL13 - 22/03/20097/11Séance de travaux pratiques

Déversoir triangulaire avec contraction latéraleL13 - 22/03/20098/11Séance de travaux pratiques

Déversoir à seuil épaisL13 - 22/03/20099/11Séance de travaux pratiques

VenturiL13 - 22/03/200910/11Séance de travaux pratiques

4. Etude des régimes d’écoulement4 – 1 – Mise en place de la manipulationAprès avoir placé le déversoir rectangulaire sans contraction latérale, fermez lentement la vanne enbout de canal jusqu’à qu’un ressaut apparaisse.En jouant sur l’ouverture de cette vanne essayer de stabiliser le ressaut.Faites un dessin de la coupe longitudinale du canal dans le cadre ci-dessous.Titre :4 – 2 – Détermination du régime (fluvial ou torrentiel)Après avoir placé le déversoir rectangulaire sans contraction latérale, fermez lentement la vanne enRappel :Le nombre de FroudeLe nombre de Froude a été défini pour caractériser l’écoulement d’un fluide ainsi que son pilotage.Dh : diamètre hydrauliquevFr g Dhg : pesanteurv : vitesse d' écoulementPour un nombre de Froude inférieur à 1, l’écoulement est dit de type fluvial, sinon, il est dit torrentiel.Dans le cas d’un écoulement fluvial, c’est l’aval qui pilote l’écoulement.Dans le cas d’un écoulement torrentiel, c’est l’amont qui pilote l’écoulement.Le ressaut4,3 à 5,2 y1FuvialTorrentiely2C2y1C1Dans un écoulement graduellement varié on peutpasser du régime fluvial au torrentiel de manièrecontinue (ex : la pente qui augmente).Par contre le passage d’un écoulement torrentiel à unécoulement fluvial ne peut se faire que parl’intermédiaire d’une élévation brusque du niveau del’eau : le ressaut.Recherchez le régime des trois parties de l’écoulement le long du canal.Comment s’effectue le passage du régime fluvial au torrentiel, du régime torrentiel au fluvial ?L13 - 22/03/200911/11Séance de travaux pratiques

Hydraulique Semestre 6 - 2009 F.L. Nom, prénom : Groupe TP : Note : /20 Canal hydraulique Durée : 3 heures 00 Contexte : Vous venez de voir en cours des notions ayant trait aux écoulements à surface libre. La visualisation des divers types d’écoulement vous permettra de faire le parallèle entre la théorie et l’expérimentation.