Aéroacoustique et aérodynamique instationnaire, numérique et expérimentale des ventilateurs centrifuges à action

Numerical and experimental unsteady flow and aeroacoustic behavior of forward centrifugal fans

• Auteur / Autrice : Mohand Younsi
• Direction : Farid Bakir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Aérodynamique

Résumé

Les ventilateurs centrifuges à action dits « à cage d'écureuil » sont largement utilisés dans diverses applications. Ces machines sont caractérisées par des écoulements complexes fortement décollés et présentent des rendements aérodynamiques assez médiocres. Cette thèse concerne la prédiction numérique, la mise en oeuvre et l'analyse expérimentale du comportement aérodynamique instationnaire et aéroacoustique des ventilateurs centrifuges à action. Les travaux réalisés ont consisté en la simulation numérique des écoulements internes fortement tridimensionnels observés dans ces ventilateurs. Ces simulations numériques de type URANS effectuées sur différents débits de fonctionnement ont été validées expérimentalement. La validation expérimentale a concerné les grandeurs globales de l'écoulement (performances aérodynamiques), les grandeurs locales (fluctuations de pression pariétale) et les grandeurs acoustiques obtenues en champ libre et lointain. D'autre part, les essais expérimentaux ont contribué à valider une récente modélisation de la turbulence basée sur l'approche SAS. Outre la validation des modèles numériques utilisés dans les simulations, l'étude expérimentale couplée à d'autres calculs numériques appliqués à plusieurs prototypes de ventilateurs a permis de contribuer à l'optimisation des performances aérodynamiques et aéroacoustiques de ce type de machine. Ainsi, d'une géométrie à une autre, l'influence d'un certain nombre de paramètres géométriques constructifs a été évaluée.

Forward centrifugal fans are widely used in several applications. These fans are characterized by highly detached complex flows and a weak aerodynamic efficiency. This thesis concerns the numerical prediction and the implementation of an experimental analysis of the unsteady flow and the aeroacoustic behavior of forward centrifugal fans. This work consists of numerical simulation of the internal unsteady flow in these fans. The numerical simulations based on the URANS approach have been carried out on different flow rates and have been validated experimentally. The experimental validation concerned the overall variables of the flow (overall performances), the local variables (wall pressure fluctuations) and the acoustic variables obtained at free and far field. On the other hand, the experimental investigations contributed to validate a recent turbulence modeling based on the SAS approach. In addition to the numerical models validation, which are used in the CFD simulations, the experimental analysis coupled with other numerical calculations have been applied on various prototypes of centrifugal fans in order to optimize the aerodynamic and aeroacoustic performances of these fans. Thus, the influence of the design parameters has been evaluated.