Negli impianti di ventilazione le lamentele per il rumore e le perdite di carico elevate nascono di solito negli stessi punti: curve a spigolo vivo, restringimenti bruschi, serrande parzialmente chiuse, ventilatori mal posizionati.
La causa è condivisa. Dove il flusso si separa e genera fluttuazione, l'energia meccanica si converte in calore (perdita di carico) e le fluttuazioni di pressione si irradiano (rumore).
Due tipi di sorgente
Rumore del ventilatore. Una componente tonale alla frequenza di passaggio pale e una componente a banda larga. È fissata dal numero di pale e dalla velocità di rotazione; il gioco fra la lingua della voluta e la pala incide direttamente sulla componente tonale. Vedi la nota sulle macchine rotanti.
Rumore generato dal flusso. Dalla turbolenza su serrande, griglie, curve e restringimenti. Dipende molto fortemente dalla velocità — allargare la sezione del condotto abbassa la velocità e riduce nettamente il rumore.
I silenziatori non sono gratuiti
Un silenziatore acustico funziona restringendo la sezione e aggiungendo superficie, quindi aggiunge perdita di carico. Se quella perdita aggiuntiva costringe il ventilatore a girare più in fretta, il rumore del ventilatore sale e parte del guadagno viene restituita. Il progetto di un silenziatore è perciò tanto un calcolo fluidodinamico quanto acustico.
L'approccio di modellazione
Risolvere direttamente il rumore — calcolare le onde di pressione che il flusso genera — è costoso e richiede un approccio che risolve le scale.
Nella pratica industriale di solito basta trovare le sorgenti: le regioni ad alta energia cinetica turbolenta e ad alta fluttuazione di velocità sono le sorgenti di rumore. Lo si legge da una soluzione RANS poco costosa, ed è sufficiente a guidare il miglioramento geometrico.
Se serve un livello sonoro assoluto, occorrono la misura o un'analisi acustica dettagliata; su questo tema la forza comparativa della CFD supera quella assoluta.
Riferimenti
- ANSI/AMCA Standard 210 / ANSI/ASHRAE Standard 51 — Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating. AMCA International / ASHRAE.
- 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.