Débit

Un débit sert à mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.

Différents aspects du débit en physique

Le débit peut mesurer, par exemple, la quantité de liquide (surtout l'eau des fleuves et rivières, voir module d'un cours d'eau), des paroles ou des données.

En électricité, une intensité est un débit d'électrons.

En hydraulique, on utilise en règle générale en particulier les débits massiques. En effet, dans un processus quelconque, il est préférable d'utiliser cette unité dans la mesure où le volume d'un gaz ou d'un liquide est particulièrement fortement influencé par la température et la pression : P. V=n. R. T selon les CNTP (Valable seulement pour les gaz parfaits).

A titre d'exemple, pour le circuit secondaire d'une centrale électrique, le débit volumique de vapeur produite pour faire tourner la turbine sera nettement supérieur à celui de la partie eau (qui retourne vers l'échangeur qui la revaporise). Or, en débit massique, le débit reste semblable en tous points du circuit par conséquent énormément plus pratique. Occasionnellement, il est plus facile de détecter une perte massique de caloporteur (fuite d'eau dans ce cas-ci) d'un circuit par différence de débits massiques.

En revanche, pour un circuit gazeux, il sera par convention utilisé l'unité volumique. Pour les conditions des CNTP constantes bien-sûr, comme une ventilation, un circuit d'alimentation de gaz réglé en pression...

Pour certains cas, on utilisera même l'unité "normée" (Nm³/h : "normo" m³/h) pour des circuits spécifiques dont on veut un débit régulier quelles que soient les conditions barométriques et thermiques du milieu. Par exemple les circuit pourvus de réchauffeurs, surpresseurs, climatiseurs. L'objectif étant de «ramener» ce débit à celui des CNTP, éliminant alors toutes perturbations liées à la dilatation et la compression.

Le débit massique d'un turboréacteur de type CFM56 au décollage est de l'ordre de 480 kg/s pour un diamètre d'entrée de 1, 8 m. Ainsi la vitesse débitante, ou vitesse moyenne, à ce régime est de l'ordre de 188 m/s.

Applications industrielles

Dans l'industrie, de nombreuses applications requièrent l'utlisitation d'un débimètre pour mesurer :

l'air
le gaz
l'eau

Suivant les applications, on peut utiliser un débimètre :

électronique
à diaphragme
à pallette

Expression générale du débit

Le flux d'une quantité $q∼$ à travers la surface $\Sigma∼$ est le flux du champ de vecteur $\vec E = q'\vec V∼$ où $q' = q/v∼$ ramène $q∼$ à l'unité de volume. Ainsi, le débit massique qui est un flux de masse par unité de temps à travers une surface, s'exprime comme le flux du vecteur $\vec E = \rho \vec V∼$ où $\rho = m/v∼$ est la masse volumique du matériau qui traverse la surface à la vitesse $\vec V∼$ . Le débit volumique est simplement le flux du champ de vitesse.

Débit massique $D_m∼$ en kg/s

$D_m = \int_\Sigma \rho \vec V \cdot \vec n d\sigma$

Débit Volumique $D_v∼$ en m³/s

$D_v = \int_\Sigma \vec V \cdot \vec n d\sigma$

On peut définir de la même façon un débit de quantité de mouvement ou d'énergie à travers une surface $\Sigma∼$ :

Débit de quantité de mouvement $D_q∼$ en kg. m/s²

$\vec D_q = \int_\Sigma \rho\vec V (\vec V\cdot \vec n) d \sigma$

Calcul de débit en trafic routier

Soit une voie de circulation limitée à 90 km/h. On suppose que la distance entre les véhicules est au minimum de 10m (attention ce n'est pas une bonne consigne de conduite !). Comme vu plus haut, le flux ou débit de véhicules s'écrit $D = q' V S∼$ où $q'∼$ est le nombre de véhicules par unité de volume. Ainsi $q'S∼$ est le nombre de véhicules par unité de longueur soit, pour des véhicules de l'ordre de 4 m de longueur, $q'S∼$ = 1/ (10+4) = 0, 071 par mètre. La vitesse en m/s est $V ∼$ = 90/3, 6 = 25 m/s. Le flux ou débit de véhicule maximum est par conséquent $D∼$ = 1, 78 véhicule/s.

Débit de dose absorbée

Débit d'énergie $D_e∼$ en J/s

$D_e = \int_\Sigma \rho e (\vec V\cdot \vec n) d \sigma$

où $e∼$ est une énergie par unité de masse en J/kg.

Débit pour un écoulement uniforme

Si la vitesse $\vec V∼$ se réduit à une composante on parlera d'écoulement monocomposante. Si l'intensité $V∼$ de la vitesse d'un écoulement monocomposante est constante dans une section $S∼$ , normale au champ de vitesse, on parlera d'écoulement uniforme. Dans cette situation, on peut calculer le débit volumique $D_v∼$ à partir de l'unique vitesse $V∼$ et de la section droite $S∼$ :

 en  m³/s

Cette expression simplifiée découle bien de l'expression générale lorsque $\vec V \cdot \vec n = V$ et que $V∼$ , constante sur la section, peut sortir de l'intégrale.

Le débit massique dans les mêmes conditions étendues à la masse volumique, s'écrit simplement :

  en  kg/s

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