Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
À la suite de la partie 1 "Bruit des ventilateurs - Notions de base et types de ventilateurs" [BM4177] donnant des définitions et notions de base d'aéraulique et d'acoustique des ventilateurs, cet article rentre dans le vif du sujet en traitant successivement les mécanismes à l'origine du bruit de raies et à large bande des différents types de ventilateurs, les méthodes prévisionnelles et les moyens de réduction du bruit.
Les chapitres sur les lois de similitude acoustique, sur l'estimation empirique du niveau de bruit, sur les méthodes de mesure normalisées et enfin sur les effets d'installation acoustiques peuvent présenter un certain intérêt non seulement pour les fabricants, mais aussi pour les intégrateurs et les utilisateurs de ventilateurs dans les applications les plus diverses.
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Following part 1 "Fan noise - Basic notions and types of fans" [BM4177] giving definitions and basics of aerodynamics and acoustics of fans, this article gets to the heart of the matter by successively addressing tonal and broadband noise generation mechanisms of the different types of fans, prediction methods and means of noise control.
Chapters on the acoustic conversion laws, empirical noise prediction, standardised measuring methods and fan installation effects may be of interest not only to fan manufacturer but also to integrators and end users in various applications.
Auteur(s)
-
Alain GUÉDEL : Ingénieur Polytech Nancy - Docteur ès sciences - Expert ventilateurs et acoustique au Centre technique des industries aérauliques et thermiques (CETIAT), Villeurbanne, France
INTRODUCTION
Le bruit d’un ventilateur provient en tout premier lieu des phénomènes aérodynamiques instationnaires associés à l’interaction des pales et des parties fixes avec l’écoulement. Selon les types de ventilateurs — qui ont été décrits dans l’article [BM 4 177] — différents mécanismes sont à l’origine du bruit aérodynamique, dont certains sont modélisés moyennant certaines hypothèses. Des méthodes de réduction de bruit adaptées existent. Compte tenu de la complexité du sujet, beaucoup de zones d’ombre subsistent néanmoins dans la compréhension et la prévision du bruit des ventilateurs, étapes nécessaires pour la mise au point de méthodes de réduction de bruit efficaces, notamment du bruit large bande qui contribue souvent de façon prépondérante au niveau de bruit global. Des voies de recherche prometteuses se dessinent dans ce domaine du fait des progrès réalisés en matière de simulation numérique des écoulements stationnaires, mais surtout instationnaires, et de modélisation des sources aéroacoustiques, mais il y a encore beaucoup de chemin à parcourir avant de prévoir avec une bonne précision le spectre de puissance acoustique d'un ventilateur en fonction de sa géométrie et de son point de fonctionnement.
Pour réduire le bruit d’un appareil ou d’un circuit dans lequel est inséré un ventilateur, il ne suffit pas de diminuer le bruit du ventilateur seul, il faut veiller aussi à minimiser l’effet d’installation, qui se traduit le plus souvent par une hausse du niveau sonore. Des méthodes commencent à être opérationnelles pour permettre de prévoir et de réduire cet effet.
KEYWORDS
acoustic | fan | noise prediction | noise reduction
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2002 par Alain GUÉDEL
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Origine et prévision du bruit aérodynamique
Le bruit aérodynamique des ventilateurs résulte de mécanismes d’interaction entre l’écoulement et les parties fixes et tournantes du ventilateur. À ce stade, il convient de préciser que le bruit aérodynamique intervient sur les trois voies de propagation aérienne, solidienne et en conduit. Le niveau de bruit solidien est cependant souvent du second ordre par rapport aux bruits aérien et en conduit. Par ailleurs, les mécanismes décrits ci-après ne font intervenir en aucun cas les vibrations des pales, celles-ci ne participant pour ainsi dire jamais à l’émission de bruit des ventilateurs et des machines tournantes aériennes en général.
Le spectre de bruit d’un ventilateur est constitué de raies plus ou moins marquées à la fréquence de passage des pales FPP = BN et ses harmoniques (ces fréquences apparaissent si l’espacement entre pales est constant sur la circonférence) et d’un spectre à large bande. La figure 1 montre un exemple de spectre de pression acoustique en bandes fines mesuré à l’aspiration d’un ventilateur hélicoïde sans redresseur. Ce ventilateur de diamètre de roue 400 mm a neuf pales et la vitesse de rotation est de 2 893 tr/min. On note une raie de grande amplitude à la fréquence FPP = 434 Hz et des raies d’amplitude moindre à 2 FPP et 3 FPP. Des raies apparaissent également à d’autres fréquences, sans que leur origine soit clairement identifiée.
La contribution du spectre à large bande au niveau sonore global d’un ventilateur étant souvent aussi importante que celle des raies, sinon plus, il importe d’étudier et de chercher à réduire à la fois les niveaux des raies et du spectre à large bande.
2.1 Origine
On donne ici un descriptif assez succinct des différentes sources de bruit aérodynamique des ventilateurs en fonction de leur type, sans entrer dans le détail des phénomènes physiques car ceux-ci peuvent être communs à plusieurs ventilateurs. Une analyse plus détaillée des mécanismes en jeu et des modèles de prévision associés fait l’objet du paragraphe 2.2...
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BIBLIOGRAPHIE
-
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(4) - BLAKE (W.K.) - Mechanics of flow-induced sound and vibration. - Vol. II, chap. 11 et 12, Academic Press (1986).
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(5) - KAJI (S.), OKAZAKI (T.) - Axial-flow compressor noise studies. - J. Sound Vib., 1, p. 281-307 (1970).
-
(6) - AMIET (R.K.) - Acoustic radiation from an airfoil in a turbulent...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Ventilateurs – Essais aérauliques sur circuits normalisés. - NF EN ISO 5801 - 2017
-
Ventilateurs industriels – Détermination du niveau de puissance acoustique dans les conditions normalisées de laboratoire – Partie 1 : présentation générale. - NF ISO 13347-1 - 2004
-
Ventilateurs industriels – Détermination du niveau de puissance acoustique dans les conditions normalisées de laboratoire – Partie 2 : méthode de la chambre réverbérante. - NF ISO 13347-2 - 2004
-
Ventilateurs industriels – Détermination du niveau de puissance acoustique dans les conditions normalisées de laboratoire – Partie 3 : méthodes des surfaces enveloppantes. - NF ISO 13347-3 - 2004
-
Ventilateurs industriels – Détermination du niveau de puissance acoustique dans les conditions normalisées de laboratoire – Partie 4 : méthode de l’intensité sonore. - NF ISO 13347-4 - 2004
-
Acoustique. Détermination de la puissance acoustique rayonnée dans un conduit par des ventilateurs et d’autres systèmes de ventilation – Méthode en conduit. - ...
ANNEXES
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
ISO/TC 117 « Ventilateurs »
CEN/TC 156 WG17 « Ventilateurs »
EUROVENT PG-FANS
EVIA
Documentation - Formation – Séminaires (liste non exhaustive)Congrès FAN 2022 :
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)Laboratoire de mécanique des fluides et d’acoustique de l’École centrale de Lyon :
Département de génie mécanique de l’Université de Sherbrooke (Canada) :
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