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Bruit en gaine et perte de charge : deux faces d'une chose

La turbulence engendre du bruit, et elle engendre de la perte de charge. Les améliorations géométriques qui réduisent la perte réduisent aussi le bruit.

Dans les installations de ventilation, les plaintes de bruit et les fortes pertes de charge naissent en général aux mêmes endroits : virages à angle vif, rétrécissements brusques, registres partiellement fermés, ventilateurs mal placés.

La cause est commune. Là où l'écoulement décolle et engendre de la fluctuation, l'énergie mécanique se convertit en chaleur (perte de charge) et les fluctuations de pression rayonnent (bruit).

Deux types de sources

Bruit de ventilateur. Une composante tonale à la fréquence de passage des aubes et une composante à large bande. Elle est fixée par le nombre d'aubes et la vitesse de rotation ; le jeu entre le bec de volute et l'aube agit directement sur la composante tonale. Voir la note sur les machines tournantes.

Bruit engendré par l'écoulement. Issu de la turbulence aux registres, grilles, coudes et rétrécissements. Il dépend très fortement de la vitesse — agrandir la section de gaine abaisse la vitesse et réduit nettement le bruit.

Les silencieux ne sont pas gratuits

Un silencieux acoustique agit en resserrant la section et en ajoutant de la surface : il ajoute donc de la perte de charge. Si cette perte supplémentaire oblige le ventilateur à tourner plus vite, le bruit de ventilateur monte et une partie du gain est rendue. La conception d'un silencieux est donc autant un calcul d'écoulement qu'un calcul acoustique.

L'approche de modélisation

Résoudre le bruit directement — calculer les ondes de pression que l'écoulement engendre — coûte cher et exige une approche résolvant les échelles.

Dans la pratique industrielle, il suffit en général de trouver les sources : les régions à forte énergie cinétique turbulente et à forte fluctuation de vitesse sont les sources de bruit. Cela se lit sur une solution RANS peu coûteuse, et cela suffit à guider l'amélioration géométrique.

Si un niveau sonore absolu est exigé, il faut la mesure ou une analyse acoustique détaillée ; sur ce sujet, la force comparative de la CFD dépasse sa force absolue.

Références

  1. ANSI/AMCA Standard 210 / ANSI/ASHRAE Standard 51 — Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating. AMCA International / ASHRAE.
  2. Spalart, P. R., Jou, W.-H., Strelets, M. & Allmaras, S. R. (1997). Comments on the feasibility of LES for wings, and on a hybrid RANS/LES approach. In Advances in DNS/LES, Greyden Press, Columbus, OH.

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