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des courants de convections, nous verrons que la première théorie sera insuffisante à expliquer certains phénomènes relatés dans ces expériences, tandis que la seconde aura réponse à tous les cas qui se présenteront. La première expérience que l'on invoque est celle connue sous le nom d'expérience de Williams. Prenons un vase communiquant par deux tubes d'égale section avec un entonnoir; on remarque que si l'on chauffe le vase au-dessous de l'entonnoir, il s'établit une circulation dans le sens des flèches. Si l'on bouche la descente par un tampon, on voit la vapeur s'échapper par le tube A. Pour expliquer la circulation dans cet appareil, on fait appel à la théorie des courants de convection et on dit que toutes les bulles de vapeur étant réunies au sommet de l'entonnoir montent dans le tube A entraînant avec elles l'eau qui est amenée par le tube B; avec la nouvelle théorie, nous dirons que la colonne A offre une résistance moindre au frottement que la colonne B, d'abord parce que sa section moyenne est plus grande que celle du tube B puisqu'une partie de sa hauteur est remplacée par l'entonnoir qui a une section beaucoup plus grande que celle du tube, puisque la résistance au frottement dans cette portion du circuit à section déjà plus grande est encore diminuée parce que le fluide qui parcourt la colonne A et l'entonnoir offre une densité moindre que le liquide qui se trouve dans la colonne B en raison de la masse des bulles de vapeur qui ont pris naissance sur la surface de chauffe et qui se sont incorporées à la colonne A. La seconde expérience que l'on cite d'ordinaire est l'expérience de Perkins. Elle consiste d'abord à chauffer une marmite profonde. On voit bientôt l'eau bouillir tumultueusement et faire déborder l'eau du vase; si au contraire on plonge dans cette marmite un second récipient à paroi parallèle à celle du récipient chauffé et percé d'un petit trou au fond, la circulation s'établit régulièrement, l'eau descend par le récipient central, traverse le trou du fond et remonte le long de l'espace annulaire. La circulation
la résistance au frottement dans cette portion du circuit à section déjà plus grande est encore diminuée parce que le fluide qui parcourt la colonne A et l'entonnoir offre une densité moindre que le liquide qui se trouve dans la colonne B en raison de la masse des bulles de vapeur qui ont pris naissance sur la surface de chauffe et qui se sont incorporées à la colonne A. La seconde expérience que l'on cite d'ordinaire est l'expérience de Perkins. Elle consiste d'abord à chauffer une marmite profonde. On voit bientôt l'eau bouillir tumultueusement et faire déborder l'eau du vase; si au contraire on plonge dans cette marmite un second récipient à paroi parallèle à celle du récipient chauffé et percé d'un petit trou au fond, la circulation s'établit régulièrement, l'eau descend par le récipient central, traverse le trou du fond et remonte le long de l'espace annulaire. La circulation fut expliquée d'abord par la différence de densité qui existe entre la partie centrale du liquide qui n'est pas chauffée et la partie du fond où l'eau s'échauffe et tend par conséquent à être plus légère et à remonter vers la surface, de plus l'action des courants de convection est encore invoquée pour expliquer ce mouvement, grâce à leur poussée ascensionnelle dans la partie annulaire. Dans la théorie que nous préconisons, nous dirons que le circuit se trouve partagé en deux parties l'une comprenant la partie centrale, l'autre la partie annulaire, ces deux parties étant séparées par un diaphragme que est le petit trou percé au centre du récipient central. La circulation se fait, d'abord parce que la partie en aval offre une résistance, en raison de ce diaphragme, bien supérieure à celle que peut présenter la section annulaire et ensuite parce que le fluide qui se trouve dans cette partie annulaire en raison de sa plus faible densité offre une résistance au frottement inférieure à celle de la partie centrale. Du reste cette expérience a été transportée dans un appareil industriel qu'on appelle le tube Field. Le dispositif consiste en une espèce d'éprouvette portant à son centre un tube.
encore invoquée pour expliquer ce mouvement, grâce à leur poussée ascensionnelle dans la partie annulaire. Dans la théorie que nous préconisons, nous dirons que le circuit se trouve partagé en deux parties l'une comprenant la partie centrale, l'autre la partie annulaire, ces deux parties étant séparées par un diaphragme que est le petit trou percé au centre du récipient central. La circulation se fait, d'abord parce que la partie en aval offre une résistance, en raison de ce diaphragme, bien supérieure à celle que peut présenter la section annulaire et ensuite parce que le fluide qui se trouve dans cette partie annulaire en raison de sa plus faible densité offre une résistance au frottement inférieure à celle de la partie centrale. Du reste cette expérience a été transportée dans un appareil industriel qu'on appelle le tube Field. Le dispositif consiste en une espèce d'éprouvette portant à son centre un tube. L'eau arrive par le tube central et retourne par l'espace annulaire existant entre les deux tubes. Le tube central ici remplace le récipient percé d'un trou et le tube externe remplace le récipient percé d'un trou et le tube chauffé de Perkins. Si on fait varier les rapports de section du tube central et de la section annulaire on peut renverser le sens de circulation. C'est ce que nous avons vérifié dans un appareil de ce genre en verre que nous chauffons au bain-marie et nous remplaçons l'eau qui circulait dans ce tube par de l'alcool de façon à pouvoir obtenir des phénomènes de vaporisation analogues à ceux de l'eau mais à des températures que pouvait nous donner le bain-marie; lorsque le tube central était de petit diamètre, la circulation se faisait bien du centre à la partie périphérique. Quant, au contraire, nous augmentions dans de très grandes proportions la section du tube central de façon à réduire la section annulaire, la circulation se renversait. C'est donc bien une preuve que si les courants de convection et la poussée hydrostatique ont une faible action, cette action peut être annulée et même renversée par des conditions de résistance au frottement dans
du tube central et de la section annulaire on peut renverser le sens de circulation. C'est ce que nous avons vérifié dans un appareil de ce genre en verre que nous chauffons au bain-marie et nous remplaçons l'eau qui circulait dans ce tube par de l'alcool de façon à pouvoir obtenir des phénomènes de vaporisation analogues à ceux de l'eau mais à des températures que pouvait nous donner le bain-marie; lorsque le tube central était de petit diamètre, la circulation se faisait bien du centre à la partie périphérique. Quant, au contraire, nous augmentions dans de très grandes proportions la section du tube central de façon à réduire la section annulaire, la circulation se renversait. C'est donc bien une preuve que si les courants de convection et la poussée hydrostatique ont une faible action, cette action peut être annulée et même renversée par des conditions de résistance au frottement dans le circuit vaporisateur. Du reste les expériences que nous venons de voir sont théoriques, et ne se rencontrent que rarement dans les chaudières industrielles où il s'agit en général de tubes inclinés sur l'horizon et non pas de tubes verticaux; le point de départ de la démonstration de la circulation de l'eau dans les chaudières tubulaires est la circulation que l'on a relevée dans des tubes en U, et c'est par la deformation progressive de ce tube en U que l'on arrive petit à petit à retrouver le schéma des chaudières tubulaires employées dans l'industrie. Ainsi Babcock dans l'étude préliminaire qui est en tête de son catalogue prend le tube en U que nous indiquons ici. Puis, il divise la branche déformée en 2 et en 3 tubes parallèles et il prétend ainsi réaliser la chaudière industrielle, et par conséquent, dit-il, le raisonnement fait sur le tube en U peut également s'appliquer à l'ensemble du générateur. Cette manière de raisonner n'est pas particulière aux chaudières Babcock, car elles appartiennent à toute une famille de chaudières qui a de nombreuses variantes, sous des noms différents et elles sont très employées dans l'industrie; il est donc intéressant d'examiner comment la vaporisation se
de l'eau dans les chaudières tubulaires est la circulation que l'on a relevée dans des tubes en U, et c'est par la deformation progressive de ce tube en U que l'on arrive petit à petit à retrouver le schéma des chaudières tubulaires employées dans l'industrie. Ainsi Babcock dans l'étude préliminaire qui est en tête de son catalogue prend le tube en U que nous indiquons ici. Puis, il divise la branche déformée en 2 et en 3 tubes parallèles et il prétend ainsi réaliser la chaudière industrielle, et par conséquent, dit-il, le raisonnement fait sur le tube en U peut également s'appliquer à l'ensemble du générateur. Cette manière de raisonner n'est pas particulière aux chaudières Babcock, car elles appartiennent à toute une famille de chaudières qui a de nombreuses variantes, sous des noms différents et elles sont très employées dans l'industrie; il est donc intéressant d'examiner comment la vaporisation se produit dans ce tube en U et pourquoi il y a circulation. On vous dit que si l'on chauffe une des branches A du tube, il s'établit une circulation active de B en A et on attribue cette circulation toujours à la différence de densité de deux colonnes: l'une B étant plus lourde que l'autre A pousse celle-ci dans le sens de circulation indiqué par les flèches; au contact du foyer, la branche A se charge des bulles de vapeur et le courant de convection produit par ces bulles active encore la circulation. Malheureusement cette théorie ne peut pas expliquer le phénomène qu'on a relevé dans la circulation de ce genre d'appareil de démonstration. On a, en effet, remarqué que si une fois la circulation établie on change de place la source de chaleur et qu'on la porte de A en B le courant de circulation ne s'inverse pas. C'est pourtant la branche B qui se trouve alors la plus chauffée et le mouvement devrait petit à petit se ralentir, puis cesser. Or, il n'en est rien. Enfin, on a remarqué également que si on créait au débouché du tube A un étranglement artificiel, la circulation alors s'inversait, bien que
étant plus lourde que l'autre A pousse celle-ci dans le sens de circulation indiqué par les flèches; au contact du foyer, la branche A se charge des bulles de vapeur et le courant de convection produit par ces bulles active encore la circulation. Malheureusement cette théorie ne peut pas expliquer le phénomène qu'on a relevé dans la circulation de ce genre d'appareil de démonstration. On a, en effet, remarqué que si une fois la circulation établie on change de place la source de chaleur et qu'on la porte de A en B le courant de circulation ne s'inverse pas. C'est pourtant la branche B qui se trouve alors la plus chauffée et le mouvement devrait petit à petit se ralentir, puis cesser. Or, il n'en est rien. Enfin, on a remarqué également que si on créait au débouché du tube A un étranglement artificiel, la circulation alors s'inversait, bien que l'on continua à chauffer la branche A. L'explication de ces 2 phénomènes qui ne peut être donnée par l'ancienne théorie est excessivement simple avec notre théorie. En effet, nous disons, si le courant s'établit de B en A, c'est parce que, à partir du point de chauffe et quelque soit l'endroit ou ce point de chauffe s'applique, il existe une différence de frottement entre ces 2 tronçons. Tout ce qui se trouve en aval de la chauffe dans le sens de la circulation initiale est composé par un fluide de faible densité parce qu'il contient un grand nombre de bulles de vapeur et par conséquent il présente une résistance au frottement très faible, tandis qu'au contraire, en amont, la colonne contient de l'eau pure qui offre une bien plus grande résistance au frottement. Ces différences de frottement dépendent de la densité du fluide et de la longueur parcourue par ce fluide et il arrive un moment où l'on pourrait ne plus déterminer de circulation, c'est lorsque l'on appliquerait le point de chauffe sur la colonne B à un endroit tel que le frottement dû à l'eau pure pour un tronçon de colonne B soit égal au frottement donné par l'eau
l'endroit ou ce point de chauffe s'applique, il existe une différence de frottement entre ces 2 tronçons. Tout ce qui se trouve en aval de la chauffe dans le sens de la circulation initiale est composé par un fluide de faible densité parce qu'il contient un grand nombre de bulles de vapeur et par conséquent il présente une résistance au frottement très faible, tandis qu'au contraire, en amont, la colonne contient de l'eau pure qui offre une bien plus grande résistance au frottement. Ces différences de frottement dépendent de la densité du fluide et de la longueur parcourue par ce fluide et il arrive un moment où l'on pourrait ne plus déterminer de circulation, c'est lorsque l'on appliquerait le point de chauffe sur la colonne B à un endroit tel que le frottement dû à l'eau pure pour un tronçon de colonne B soit égal au frottement donné par l'eau et la vapeur mélangée dans la colonne A et le restant de la colonne B; mais comme cette différence de densité est très grande entre ces deux portions de circuit, ce point de chauffe se trouverait remonté très haut dans la colonne B, c'est ce qui explique que dans les expériences que l'on cite, on peut indifféremment chauffer la base de la colonne A ou la base de la colonne B sans changer le sens de circulation et cette explication est bien celle qui correspond à la réalité car pour inverser la circulation, il suffit de créer comme nous l'avons vu tout à l'heure dans la colonne A une résistance artificielle. C'est ce qui arrive lorsque l'on étrangle son débouché comme la figure ci-dessous. En résumé, la circulation dans le faisceau tubulaire ou dans un tube élémentaire se détermine donc par l'expansion des bulles de vapeur au centre du tube; cette vapeur tend à refouler de part et d'autre la masse liquide qui se trouve dans le tube et ce refoulement se fait de la partie la plus résistante à la partie la moins résistante, différences de résistance dues soit à des différences de section, soit à des différences de
expériences que l'on cite, on peut indifféremment chauffer la base de la colonne A ou la base de la colonne B sans changer le sens de circulation et cette explication est bien celle qui correspond à la réalité car pour inverser la circulation, il suffit de créer comme nous l'avons vu tout à l'heure dans la colonne A une résistance artificielle. C'est ce qui arrive lorsque l'on étrangle son débouché comme la figure ci-dessous. En résumé, la circulation dans le faisceau tubulaire ou dans un tube élémentaire se détermine donc par l'expansion des bulles de vapeur au centre du tube; cette vapeur tend à refouler de part et d'autre la masse liquide qui se trouve dans le tube et ce refoulement se fait de la partie la plus résistante à la partie la moins résistante, différences de résistance dues soit à des différences de section, soit à des différences de teneur en vapeur de la masse d'eau contenue dans le tube. Si ces différences de résistance sont très grandes, l'effet est bien net et la circulation se fait dans un sens bien déterminé. Si, au contraire, ces différences sont faibles, la vapeur entre, sort par la même ouverture et il se produit des courants d'aspiration et de refoulement à l'entrée des tubes; c'est ce que nous avons, du reste, mis en lumière par deux expériences que nous allons vous relater. Si dans un des vases communiquants que nous avons considéré au début, nous plaçons à une extrémité du tube un petit volet suspendu à un fil et que nous chauffons le tube dans une partie telle que les résistances soient à peu près égales entre les deux tronçons on voit le volet alternativement aspiré et refoulé d'une façon très énergique. Nous avons fait une autre expérience que nous avons répétée dans un grand nombre de conférences, en France et à l'étranger et que nous regrettons de ne pouvoir la donner ici, faute d'une installation au gaz, mais nous serons heureux de la montrer à ceux d'entre vous que cela intéresse lorsqu'ils se trouveront de passage à Paris où l'appareil est
se produit des courants d'aspiration et de refoulement à l'entrée des tubes; c'est ce que nous avons, du reste, mis en lumière par deux expériences que nous allons vous relater. Si dans un des vases communiquants que nous avons considéré au début, nous plaçons à une extrémité du tube un petit volet suspendu à un fil et que nous chauffons le tube dans une partie telle que les résistances soient à peu près égales entre les deux tronçons on voit le volet alternativement aspiré et refoulé d'une façon très énergique. Nous avons fait une autre expérience que nous avons répétée dans un grand nombre de conférences, en France et à l'étranger et que nous regrettons de ne pouvoir la donner ici, faute d'une installation au gaz, mais nous serons heureux de la montrer à ceux d'entre vous que cela intéresse lorsqu'ils se trouveront de passage à Paris où l'appareil est installé dans nos bureaux et fonctionne journellement. Nous prenons un tube qui est directement piqué au bas d'un réservoir d'eau et nous prolongeons par une partie courbe et une partie rectiligne retournant à ce réservoir. (Fig. 9.) Nous enfermons la partie du tube destinée à être chaufée dans une grille à analyse où nous pouvons déterminer au moyen du gaz une haute température. Au début, on entend des claquements, dans le vase; il n'y a pas trace de vapeur à l'extrémité libre de retour du tube, puis la température de l'eau dans le bac s'élève et on voit le tube quoique débouchant sous l'eau rougir sur toute sa longueur. Si, à ce moment, on obture par un diaphragme cette extrémité du tube débouchant sous l'eau, ce diaphragme portant un trou de très petit diamètre à son centre, on voit l'eau pénétrer dans le tube et le noircir d'une façon très tranchée au fur et à mesure de la progression de l'eau dans ce tube; en même temps la branche supérieure laisse échapper un jet de vapeur très régulier et très abondant. Aussitôt que l'on enlève le diaphragme, on entend à nouveau les claquements dans la masse d'eau, l'échappement par la
à analyse où nous pouvons déterminer au moyen du gaz une haute température. Au début, on entend des claquements, dans le vase; il n'y a pas trace de vapeur à l'extrémité libre de retour du tube, puis la température de l'eau dans le bac s'élève et on voit le tube quoique débouchant sous l'eau rougir sur toute sa longueur. Si, à ce moment, on obture par un diaphragme cette extrémité du tube débouchant sous l'eau, ce diaphragme portant un trou de très petit diamètre à son centre, on voit l'eau pénétrer dans le tube et le noircir d'une façon très tranchée au fur et à mesure de la progression de l'eau dans ce tube; en même temps la branche supérieure laisse échapper un jet de vapeur très régulier et très abondant. Aussitôt que l'on enlève le diaphragme, on entend à nouveau les claquements dans la masse d'eau, l'échappement par la branche supérieure s'arrête et si l'on laisse les choses dans cet état au bout de quelques minutes le tube rougit à nouveau et pour le refroidir et forcer l'eau à y pénétrer il faut à nouveau capuchonner l'entrée du tube avec le diaphragme. Cette expérience réalise dans les meilleures conditions le programme que nous nous sommes posés pour créer une vaporisation active, intensive à l'intérieur des tubes; en effet le diaphragme joue un double rôle. D'abord, il crée en amont de la chauffe la résistance que nous cherchons et il la crée aussi grande que possible et à notre volonté ensuite il a l'avantage de limiter l'introduction de l'eau dans les tubes et par conséquent d'abaisser la teneur en eau du mélange en aval de la chauffe. Or, comme plus ce mélange est riche en vapeur, moins il offre de résistance au frottement et par conséquent plus il se dégage vite, nous arrivons ainsi à la réalisation des deux conditions que nous réclamions pour l'établissement d'un cycle de circulation, résistance en amont grâce à un étranglement, diminution de résistance en aval grâce à un fluide ayant le minimum de densité. Maintenant que nous avons examiné d'une façon générale les lois
le programme que nous nous sommes posés pour créer une vaporisation active, intensive à l'intérieur des tubes; en effet le diaphragme joue un double rôle. D'abord, il crée en amont de la chauffe la résistance que nous cherchons et il la crée aussi grande que possible et à notre volonté ensuite il a l'avantage de limiter l'introduction de l'eau dans les tubes et par conséquent d'abaisser la teneur en eau du mélange en aval de la chauffe. Or, comme plus ce mélange est riche en vapeur, moins il offre de résistance au frottement et par conséquent plus il se dégage vite, nous arrivons ainsi à la réalisation des deux conditions que nous réclamions pour l'établissement d'un cycle de circulation, résistance en amont grâce à un étranglement, diminution de résistance en aval grâce à un fluide ayant le minimum de densité. Maintenant que nous avons examiné d'une façon générale les lois de la circulation dans les chaudières tubulaires, nous pouvons examiner ce qui se passe dans un appareil industriel et faire l'application dans la pratique des théories que nous venons de vous exposer. Les chaudières peuvent se diviser en deux catégories les premières qui comprennent les chaudières qui ont leur circuit de vaporisation complètement en-dessous du plan d'eau, les secondes où le circuit tubulaire commence en-dessous du plan d'eau pour aboutir au-dessus. Nous représentons ici schématiquement Figure 9. une chaudière tubulaire dans laquelle le faisceau est placé entre deux lames d'eau communiquant avec le ballon supérieur. (Fig. 10.) Dans un pareil système, les partisans de la circulation par différence de densité et par courant de convections vous diront que, grâce à ces courants de convections et à la différence de densité de la lame d'eau arrière et de la lame d'eau avant, la circulation se fera de droite à gauche. Il n'en est rien; on peut considérer un pareil ensemble comme un régime des eaux comprenant un versant droit et un versant gauche séparés par la ligne de plus basse pente qui est le point de liaison des tubes avec la lame d'eau de droite. Si on fait une prise d'eau