« Ce ventilateur délivre 5000 m³/h » est une affirmation incomplète. Un ventilateur travaille là où sa propre courbe coupe la courbe de résistance du réseau. Si la résistance du réseau est plus élevée que prévu, le même ventilateur délivre bien moins — et ce n'est pas un défaut du ventilateur.
Deux courbes, une intersection
La courbe du ventilateur vient du fabricant et se mesure sur un banc normalisé : l'ANSI/AMCA 210 (publiée conjointement sous le titre ANSI/ASHRAE 51) définit les conditions de laboratoire dans lesquelles débit, pression, puissance et rendement d'un ventilateur sont déterminés [1].
La courbe de réseau, elle, est votre conception, et en régime turbulent la perte de charge croît avec le carré du débit. C'est précisément à cela que sert la CFD ici : calculer la perte de charge à quelques débits, construire la courbe de réseau, puis la croiser avec la courbe du ventilateur.
La condition du catalogue n'est pas l'installation réelle
Sur un banc normalisé, l'amenée et le refoulement du ventilateur sont propres. Dans une installation réelle ils ne le sont généralement pas, et la différence porte le nom d'effet de système :
- Un coude proche de l'aspiration du ventilateur livre un profil déformé et abaisse la courbe du ventilateur.
- Sans longueur droite suffisante au refoulement, le ventilateur ne peut pas utiliser son propre diffuseur et la récupération de pression statique est perdue.
- Sur les ventilateurs intégrés en armoire, la seule géométrie du caisson d'aspiration peut coûter plusieurs points de rendement.
Aucune de ces pertes n'est au catalogue. Modéliser le ventilateur avec sa géométrie d'installation réelle est ce qui rend l'effet de système visible.
Décision de modélisation : comment représenter le ventilateur
Saut de pression / condition aux limites par courbe. La géométrie des aubes n'est pas résolue ; on impose à une surface une élévation de pression dépendant du débit. Si vous étudiez la résistance du réseau, c'est le choix correct et peu coûteux.
Résoudre les aubes (frozen rotor ou maillage glissant). Nécessaire si la question porte sur le rendement propre du ventilateur, le bruit ou le chargement des aubes. Voir la note sur les machines tournantes.
Une erreur fréquente consiste à imposer un débit fixe à l'entrée tout en étudiant la résistance du réseau. Cela revient à supposer la courbe du ventilateur infiniment raide : le débit ne baisse pas quand l'obstruction augmente, et l'effet de système n'apparaît jamais. Voir la note sur les conditions aux limites.
La différence pour les ventilateurs de désenfumage et à jet
Sur les ventilateurs classés au feu, le point de fonctionnement se déplace parce que la masse volumique du fluide change avec la température : la fumée à 400 °C est environ deux fois moins dense que l'air à 20 °C. Le même ventilateur à la même vitesse transporte bien moins de débit massique. Le choix du ventilateur doit se faire pour la condition chaude.
Références
- ANSI/AMCA Standard 210 / ANSI/ASHRAE Standard 51 — Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating. Air Movement and Control Association International / ASHRAE.
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6