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ÉCOULEMENT DE L'EAU DES CHAUDIÈRES.
ÉCOULEMENT DE L'EAU DES CHAUDIÈRES Par M. En. SAUVAGE, Ingénieur des mines, Professeur à l'École nationale supérieure des mines.
Plusieurs savants ont cherché les lois .théoriques qui règlent l'écoulement de l'eau chaude et sous pression d'une chaudière par un orifice débouchant à l'extérieur; mais nous ne connaissons pas d'études expérimentales de ce phénomène. M. Pulin, ingénieur au chemin de fer du Nord, auteur de beaux travaux sur les locomotives compound, a bien voulu entreprendre, sur ma demande, quelques expériences à ce sujet. Ces expériences ont été faites, avec l'aide de M. Bonnin,. en 1890, sur une chaudière des ateliers de la compagnie du Nord, à la Chapelle.
Notre intention était de les compléter et de les varier, mais les essais complémentaires n'ayant pas eu lieu, nous
ne voulons pas laisser perdre le fruit des expériences de 1890.
La vidange d'une chaudière à chaud est un cas particulier de l'écoulement d'un mélange homogène d'eau et de vapeur, où la proportion initiale de vapeur est nulle ; Zeuner a traité ce problème avec détail. Dans sa Théorie mécanique de la chaleur (2' édition, traduction française), il donne la loi générale de l'écoulement des fluides (p. 154),
d'un mélange de vapeur et de liquide (p. 399), et enfin du liquide seul (p. 412), dans l'hypothèse où aucun échange de chaleur n'a lieu avec l'extérieur. Pochet a traité l'écou-
lement des vapeurs, d'après Zeuner, dans le chapitre x
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de sa Nouvelle mécanique industrielle. La méthode de Zeuner est également indiquée par Résal, dans son Traité de mécanique générale, t. IV, p. 119; par Bienayiné, dans les Machines marines, p. 85; par Couche, dans son ouvrage sur les chemins de fer, t. III, p. 244; par Ser, dans le Traité de physique industrielle, t. 4 p. 840. M. Raton de la Goupillière a étudié cette question dans son Cours de machines (t. I, p. 443, 762 et 802); nous en extrayons à peu près textuellement un exposé clair et simple de la méthode : on détermine la vitesse de la veine fluide en supposant qu'elle présente une section où l'écoument se fait par filets. parallèles, et où la pression est par suite égale à la pression de l'enceinte dans laquelle pénètre le jet. Si l'on considère un, kilogramme de fluide, à la pression p ,, en repos dans un réservoir, la chaleur sensible qu'il possède et celle qui correspond au travail interne, comptée à partir d'une certaine origine, formant ce qu'on appelle énergie interne, a une valeur U,. Dans la section contractée, où les filets sont parallèles, l'énergie interne èst 14, l'énergie sensible (équivalant à la demi-force vive) est A u2 (A, ou ,-1F; , étant l'inverse 2g de l'équivalent mécanique de la chaleur, et u la vitesse) ; l'accroissement de l'énergie est donc U, 2g
et d'après l'équation des forces vives; est
égal au total des acquisitions ou dépenses d'énergie par rapport aux objets extérieurs. En fait d'énergie calorifique; nous supposerons que le résultat des échanges se résume en une quantité de chaleur Q (positive ou négative) reçue de l'extérieur. En second lieu, si y, est le volume du kilogramme de fluide à la pression p, (et à la température t1) dansle réservoir, y, ce volume à la pression pi dans la section