Le calcul et la conception d'un ventilateur axial pour une souffllerie ou un système de ventilation aéraulique consiste à dimensionner le diamètre du ventilateur, le nombre de pales, la vitesse de rotation, le diamètre du moyeu et la torsion des pales en fonction du l delta de pression total du ventilateur à fournir pour compenser les pertes de charge du système de ventilation..

Essayons ici d'expliquer en quatre modèles ce qui se passe dans un ventilateur qui génère un delta de pression à un débit donné

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La pression delta totale d'un ventilateur axial (Dpt en pascals) est la différence entre
la pression totale au niveau de la bride d'aspiration (PtAsp) et la pression totale au niveau de la bride de refoulement (PtRef)

Cette différence de pression correspond à la force de poussée axiale P (Newtons) générée par l'hélice divisée par la surface de l'anneau S (m²) balayée par les aubes rotatives :

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La poussée P est produite par la variation de la quantité de mouvement (F = m * a)
entre l'amont et l'aval des pales. Le fluide (considéré incompressible)
est accéléré de V0 en amont, vers V2 en aval, via une vitesse V1
au niveau des lames.Cette prise d'énergie d'accélération (vitesse induite axiale)
est produite par la portance de la pale, entraîné en rotation par le moteur.

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Le flux (Q) étant constant pour minimiser les pertes turbulentes, le moyeu sera dimensionné et conduit à mieux ajuster S0 S1 et S2 aux variations de vitesse (Equation de continuité) L'élargissement S3 diminue la vitesse (V3 = V0) et transforme la pression dynamique en pression statique (voir Bernoulli).

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V0 = V3 implique que deltaP total = DeltaP statique(pascals) = PtRef-PtAsp = Poussée (Newton) * Section S1(m²)

 

• Présentation de l' Assistant de conception de ventilateur axial inclus dans Heliciel(menu fichier/Wizard ventilateur):

Heliciel comprend un "Wizard ventilation". Cet outil facilite grandement la conception des ventilateurs helicoides à flux axial, suivant un cahier des charges de type aeraulique. Il suffit de saisir le debit du systeme et d'ajuster les parametres de pression desirée pour créer le ventilateurs sur mesure et d'editer les courbes de fonctionnement ( rendement, delta pression totale), en fonction du debit.

Ce "Wizard ventilateurs" a été concu spécialement à la demande de bureaux d'etudes aérauliques et des concepteurs de ventilations, comme un moyen de maitriser en autonomie la conception totale de leur systemes de ventilations.

Une démarche de conception par étude de faisabilité des triangles des vitesses en fonction des pressions et debits demandés, permet de pré-dimensionner les pales avant de créer la modelisation 3D finale:

L'épure théorique automatiquement actualisée par heliciel nous montre les angles d'entrées et de sorties du fluide, aux niveaux des diférents rayons de la pale. Ces angles sont determinées par les triangles des vitesses aux entrées (Points1) et sortie (points2) des profils.

D'apres Bernoulli et la relation de Euler, l' augmentation de pression demandée est réalisée par la variation de vitesse relative entre l'entrée et la sortie. Ces relations restent théoriques, car elle supposent que le fluide est parfaitement guidé par des pales, en nombre infini, ayant une épaisseur infiniment petite. Nous utilisons ici cette approche simplifiée uniquement pour valider la faisabilité des parametres.Pour modeliser les helices, Heliciel utilise une autre methode integrant les performances des profils : la methode des eléments de pales et quantité de mouvement couplée à la theorie tourbillonnaire, pour definir le vrillage optimisé et les performances finales du projet en accord avec les profils selectionnés.

 

L'ambition de cet assistant de creation de ventilateurs a helices axiales, est d'ameliorer le rendement énergétique des installations aerauliques et de baisser les cout d'exploitation en procurant aux techniciens, dessinateurs et projeteurs un outil facile à maitriser et correspondant aux standards des cahiers des charges rencontrés l'aeraulique.

Le role du ventilateur dans un systeme de ventilation aéraulique:

Le ventilateur procure le "Dpt" (Delta de pression totale, statique+dynamique) ègale à la Pression Totale consommée par l'ecoulement au debit donné. Voici 4 exemples (images Mecaflux Pro3D) au meme debit et meme diametre de ventilateur:

• Systemes ouverts: Au debit souhaité, Le ventilateur doit fournir un Dpt égale aux pertes de charges singulieres + regulieres + la pression dynamique en sortie (si elle n'est pas deja integrée aux pertes singulieres):

Exemple 1: Le systeme rejette le fluide à grande vitesse la pression dynamique perdue est importante:

Exemple 2: Le systeme rejette le fluide à faible vitesse la pression dynamique perdue est faible:

• Systemes fermés: Au debit souhaité, Le ventilateur doit fournir un delta de pression total egale aux pertes de charges singulieres + regulieres. (La pression dynamique de sortie est recuperée en entrée)

Exemple 3: Boucle de retour grande vitesse (faibles sections) la pression dynamique perdue est nulle mais les pertes de charges sont importantes:

Exemple 4: Boucle retour basse vitesse (sections importantes) la pression dynamique perdue est nulle et les pertes de charges sont faibles :

 

Quelques recommandations d'implantations pour éviter les pertes de performances:

• Entrée brusque = pertes de charge + contraction
  perte de surface active = pertes performances
• Entrée conique ou arrondie= faible perte d'entrée
  et utilisation de toute la surface active

• Distances entre le rotor et les echangeurs, distance d'implantation entrées ou sortie

• Espace entre le carenage et le bout de pale de l'helice