Contribution à la modélisation aéroacoustique des ventilateurs centrifuges à grande vitesse
Institution:
Paris, ENSAMDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The study relates to the numerical modeling of the aerodynamic and acoustic behaviour of high speed centrifugal fans operating in subsonic modes. Experimental work allowed the validation of the theoretical results and the design of new optimal prototypes. The theoretical approach used for the numerical simulation of the aerodynamic field in the centrifugal fan is based on the resolution of the unsteady RANS equations. Two configurations, with and without taking into account of the axial gap between the impeller and the casing, were tested on a standardized ISO5801 test bench. This comparison allowed the validation of numerical modeling and focuses the importance of the taking into account of the axial gap. A modeling of the centrifugal fan noise at the blade passing frequency (BPF) and its harmonics was performed. The aeroacoustic modeling is based on the Ffowcs Williams and Hawkings formalism in acoustical and geometrical far field. The non-compactness of the sources was taken into account as well as the unsteady character of the acting force partitions on the blades. The so obtained aeroacoustic results were compared with experimental measurements. On the basis of result of the aerodynamic and acoustic study supplemented by a parametric study of the geometrical characteristics of the centrifugal fan, new prototypes of diffusers and impellers were designed.
Abstract FR:
L'étude porte sur la modélisation numérique du comportement aérodynamique et acoustique des ventilateurs centrifuges à grande vitesse opérant en régime subsonique. Des travaux expérimentaux ont permis la validation des résultats théoriques et la conception de nouveaux prototypes optimaux d'un point de vu acoustique. L'approche théorique utilisée pour la simulation du champ aérodynamique dans le ventilateur centrifuge est basée sur la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées instationnaires couplée à des modèles de fermeture en un point. Deux configurations, avec et sans prise en compte du jeu axial entre la roue et le flasque avant, ont été testées sur un banc d'essais normalisé ISO5801. Cette comparaison a permis la validation de la modélisation numérique d'une part et la mise en évidence de l'importance de la prise en compte du jeu axial d'autre part. Une modélisation du bruit du ventilateur centrifuge à la fréquence de passage de pales et à ses harmoniques a été réalisée. Celle-ci est basée sur le formalisme de Ffowcs Williams et Hawkings en champ lointain acoustique et géométrique. La non-compacité des sources a été prise en compte ainsi que le caractère instationnaire de la répartition des charges sur les profils. Les résultats aéroacoustiques obtenus ont été comparés aux mesures expérimentales. Sur la base des résultats de l'étude aérodynamique et acoustique complétés par une étude paramétrique des caractéristiques géométriques du ventilateur centrifuge de référence, de nouveaux prototypes de diffuseurs et de roues ont été proposés.