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RÉSUMÉ
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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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.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2002 par Alain GUÉDEL
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Méthodes normalisées de mesure du bruit
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4. Lois de similitude et méthode de prévision empirique
4.1 Lois de similitude
L’intérêt des lois de similitude est multiple. Ces lois permettent de prévoir les performances aérauliques et acoustiques d’un ventilateur à vitesse de rotation et diamètre de roue donnés à partir de mesures faites à d’autres conditions de vitesse et de diamètre. On peut ainsi réduire très sensiblement le nombre d’essais pour déterminer les performances d’une gamme de ventilateurs de différentes tailles à plusieurs vitesses. Les fabricants utilisent ces lois pour établir leur catalogue mais également pour prévoir les courbes débit-pression et le niveau sonore de gros ventilateurs à partir d’essais sur maquettes à échelle réduite.
On peut également par ces lois comparer les performances de plusieurs ventilateurs de même type, à diamètre et vitesse de rotation identiques, ce qui permet de cerner l’influence de la géométrie des pales et parties fixes sur les performances intrinsèques des ventilateurs. Les lois permettent enfin, accessoirement, de simplifier la présentation des caractéristiques d’un ventilateur en remplaçant un faisceau de courbes débit-pression mesurées à différentes vitesses par une courbe unique à une vitesse de référence.
HAUT DE PAGE4.1.1 Lois de similitude aéraulique
Les formules (9) à (12) permettent de déduire, à partir de mesures faites sur un ventilateur de diamètre D 1 et tournant à une vitesse N 1, les performances aérauliques d’un ventilateur de diamètre D 2 à une vitesse de rotation N 2. Cela suppose que le deuxième ventilateur soit homothétique du précédent et que le rapport D 1/D 2 reste relativement modéré pour éviter des effets d’échelle liés à des nombres de Reynolds très différents entre les deux ventilateurs. La masse volumique de l’écoulement peut également différer entre les conditions 1 et 2 :
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Lois de similitude et méthode de prévision empirique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LIGHTHILL (M.J.) - On sound generated aerodynamically. General theory. - Proc. Royal Soc., A 231, p. 505-514 (1952).
-
(2) - KEMP (N.H.), SEARS (W.R.) - The unsteady forces due to viscous wakes in turbomachines. - J. Aeronautic. Sci., 22, p. 478-483 (1955).
-
(3) - HORLOCK (J.H.) - Fluctuating lift forces on aerofoils moving through transverse and chordwise gusts. - ASME J. Basic Engineering, 90, p. 494-500 (1968).
-
(4) - BLAKE (W.K.) - Mechanics of flow-induced sound and vibration. - Vol. II, chap. 11 et 12, Academic Press (1986).
-
(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 stream. - J....
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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