Modélisation, conception et analyse des ventilateurs tangentiels (cross-flow fans)

Abstract

La technologie des ventilateurs tangentiels est connue depuis la fin du 19ème siècle (brevet de Paul Mortier déposé en 1893). Malgré leur apparition précoce, les ventilateurs tangentiels n'ont pas connu le même essor que les ventilateurs axiaux par exemple, car leur utilité et leur efficacité n'ont pas été démontrées. Par conséquent, très peu de travaux de recherche ont été menés sur ce type de turbomachines notamment en ce qui concerne les règles de conception et d'analyse des performances. En raison de la complexité du champ de l'écoulement à l'intérieur du ventilateur tangentiel, et du vortex excentrique à caractéristiques inconnues qui se forme à proximité de la périphérie interne de la roue, il n'existe aucune méthodologie complète de conception de ce genre de machine à ce jour. Dans nos présents travaux de thèse, nous proposons une contribution à la mise en place d'une méthodologie pour prédire les caractéristiques de performance du ventilateur tangentiel de Eck/Laing, la géométrie la plus utilisée en Europe. Dans une première étape, nous avons modélisé les courbes d'évolution de pressions totale et statique suivant deux approches différentes, d'abord en utilisant des modèles de perte relatifs à différentes machines rotatives, ensuite en appliquant les principes de grille d'aubes de Howell propres aux compresseurs axiaux et adaptés aux ventilateurs tangentiels. Ces deux modèles ont été codés sous C++. Dans une seconde étape, nous avons modifié le rendement à travers un calcul d'optimisation combiné à des simulations numériques de l'écoulement interne du ventilateur tangentiel. La méthodologie proposée, dont l'efficacité a été validée par comparaison avec des essais expérimentaux, est une contribution appréciable à la mise en place d'outils efficients d'aide à l'analyse des performances et au dimensionnement des ventilateurs tangentiels