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Le tube qui souffle le chaud et le froid de Georges Ranque ou les étranges capacités des vortex.
Le système Pantone constitué de tuyaux, de tiges, nous intrigue déjà depuis 6 ans. Les résultats obtenus par ceux qui ont fait un montage correct ont parfois mis en doute leur savoir académique et il arrive que l’explication thermodynamique soit mise à rude épreuve quand on se plonge dans l’étude des vortex, ces turbulences tourbillonnaires qui nous émerveillent et nous passionnent. C’est ce qui s’est passé en 1922 pour un étudiant qui mit au point un tube tellement particulier qu’il laissa pantois tout son entourage scientifique. Cet étudiant français s’appelait Georges Ranque. Il deviendra par la suite spécialiste de la mécanique des fluides et son tube à effet très particulier porte en effet son nom, même si certains ont voulu reprendre son idée, tel Rudolf Hilsch. En fait, tout commença en 1922, quand Georges, étudiait les régimes turbulents à l’intérieur d’un tube. Il fabriqua une pompe à vide pour aspirer les limailles de fer de l’industrie. En rajoutant un pointeau à l’extrémité de son tube, apparut alors le phénomène qui porte depuis son nom.
L'effet Ranque
Un croquis valant mieux qu’un long discours, nous empruntons celui-ci paru sur un ancien numéro de Science et Vie (années 70 probablement) avec les commentaires de Renaud de la Taille, qui nous a fait découvrir dans ses articles nombre de phénomènes intéressants.
Le tourbillon qui sépare le chaud du froid. L’air comprimé de 7 à 9 bars (en bleu léger) pénètre tangentiellement dans la chambre circulaire du tube et entame un mouvement de spirale vers la droite. En progressant sur la périphérie du tube, il se réchauffe (en rouge) puis, butant à la sortie sur le pointeau de l’ajutage, il se sépare en 2 flux : l’un, chaud, quitte le tube, l’autre, repart en arrière à l’intérieur du premier tourbillon et se refroidit de plus en plus dans sa course en spirale (bleu foncé) et sort finalement vers la gauche à une température qui peut aller de moins 35 ° à moins 75°.
Que se passe-t-il dans le tube de Ranque ? (toujours d’après Renaud de la Taille)
« L’air injecté sur la périphérie intérieure du tube à la température ambiante, soit de 20 à 22 °, lancé sur cette paroi cylindrique, se met à tournoyer en avançant selon le dessin classique d’un tourbillon, collé à la paroi par la force centrifuge. Comme la section intérieure de ce tube s’élargit vers la première sortie - le tube est ouvert aux deux bouts – la force centrifuge qui tend à gonfler le tourbillon entraîne le flux dans cette direction. L’expérience montre alors que la spirale d’air s’échauffe dans son mouvement avant, et que dans le même temps, un vide partiel se crée au centre du tube. La chose peut s’expliquer par la force centrifuge qui tire toutes les molécules vers la périphérie. A la fin, la température du jet atteint en moyenne 70 ° C. La sortie est munie d’une soupape à pointeau sur un ajutage qui ne laisse sortir qu’une partie de l’air chaud. L’autre partie, en général la moitié du flux repart en arrière selon un second tourbillon à l’intérieur du premier, tournant dans le même sens et suivant donc le canal central à basse pression. Les 2 spirales coaxiales ont de plus même vitesse angulaire ; donc une partie du flux externe et une particule du flux interne font un tour entier dans le même sens et dans le même laps de temps. Normalement, le principe de conservation du moment cinétique voudrait que la vitesse de rotation du flux interne soit plus grande que celle du flux externe pour que la quantité de mouvement soit conservée. Puisque ces vitesses restent égales, c’est qu’une partie de l’énergie propre au tourbillon initial est partie ailleurs. Selon les techniciens de la Vortex Corporation, cette énergie se retrouve sous forme de chaleur dans la première partie du jet qui quitte le tube. Et du même coup, le tourbillon qui repart en sens inverse se trouve refroidi dans des proportions qui peuvent être considérables : tout dépend du profil interne du tube. Telle est donc l’explication fournie par les ingénieurs américains, mais ils reconnaissent eux-mêmes qu’elle ne suffit pas à donner une interprétation complète de tous les phénomènes mis en jeu. »
Que sont devenus les tubes de Ranque ?
Ils sont encore utilisés de nos jours dans l’industrie pour refroidir les machines, travaillant sur des matériaux ne supportant pas de refroidissement liquide, perceuses, fraiseuses, tours etc. ou sur des matériaux portés à très haute température lors de l’usinage. Quelques adresses de sites http://www.jnaudin.free.fr/htmlvtxtech.htm http://www.southstreet.freeserve.co.uk/rhvtmatl/ explications et détails par Tim Cockerill http://www.exair.com/vortextube/vt_frmain.htm#howitworks (EXAIR)
Extrait du site de ARTX http://www.airtxinternational.com/solutions/metalworking.php http://www.artxltd.com/vortex/principle.shtml
Extrait du site Newman Tools Inc. http://www.newmantools.com/vortex.htm#vortex
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