DÉTAILS DU PROJET

• Client : LODEPA
• Date d’achèvement : 2024
• Technologie : Simulation acoustique. Simulation et optimisation CFD. Essais acoustiques.

INTRODUCTION

Ce projet vise à améliorer l’efficacité d’une unité de purification de l’air en milieu hospitalier et à réduire son niveau sonore. Pour ce faire, la simulation CFD est d’abord utilisée pour étudier l’écoulement et l’uniformité de la vitesse dans les propositions de conception. Ensuite, une étude combinant des méthodes expérimentales et la simulation FEM permet d’optimiser l’acoustique de l’équipement. Pour ce projet, Cradle CFD est utilisé pour la partie simulation de la dynamique des fluides et Actran pour l’étude acoustique au moyen de la simulation FEM.

CHAMBRE DE RÉACTION OPTIMISATION DU CFD

L’équipement de purification étudié comporte une chambre de réaction avec des lampes à lumière ultraviolette et des composés désinfectants pour éliminer les micro-organismes et les contaminants de l’air. Pour maximiser l’efficacité, il est important que le flux reste le plus longtemps possible dans la chambre et entre en contact avec les surfaces couvertes par les composés. En outre, une bonne circulation doit être assurée afin de désinfecter les pièces en temps voulu. Pour les études de simulation CFD, nous introduisons dans les modèles les courbes de ventilateur fournies par le fabricant. Nous pouvons ainsi calculer le débit que nous obtiendrons en tenant compte de la perte de charge de la conception que nous analysons. L’étude de la chambre actuelle indique que l’uniformité du flux peut être largement améliorée, comme le montre l’image suivante : Pour parvenir à une conception plus optimisée, nous avons d’abord envisagé de modifier les entrées et les sorties afin de produire un flux plus uniforme dans la chambre. Cela nous a amenés à travailler avec des ventilateurs axiaux. Après plusieurs itérations, nous obtenons une distribution des lampes et une configuration des entrées et sorties qui améliorent considérablement l’uniformité du flux dans la chambre. Cette conception avec les ventilateurs sélectionnés permet également d’augmenter le débit fourni avec l’alimentation nominale, et permettra de réduire la consommation électrique de cet équipement. L’image suivante montre le champ de vitesse dans une section verticale de l’un des modèles étudiés :

OPTIMISATION ACOUSTIQUE

Dans la phase suivante du projet, nous avons cherché à optimiser le niveau sonore de la machine en réduisant le niveau de pression acoustique généré. Tout d’abord, les sources sonores du ventilateur original et du ventilateur proposé sont caractérisées expérimentalement. Cela permettra de les introduire dans le modèle numérique afin d’obtenir des résultats réalistes aux différentes fréquences du spectre audible. Une fois les sources caractérisées, la simulation de l’équipement réel est réalisée. Ces études considèrent les sources sonores des ventilateurs et le bruit causé par le passage de l’air dans la chambre de réaction, ce dernier étant évalué à l’aide de la méthode aéroacoustique SNGR. Les résultats sont obtenus en fonction de la fréquence et les résultats globaux peuvent ensuite être calculés avec les pondérations nécessaires : Les résultats du modèle numérique sont comparés aux mesures expérimentales effectuées dans nos bureaux avec l’équipement réel en fonctionnement. La différence entre les résultats numériques et expérimentaux de l’intensité sonore globale de l’équipement est inférieure à 1 dB. Cela nous permet de valider la méthodologie de simulation et de donner confiance dans les résultats obtenus dans les nouvelles conceptions. En appliquant la méthodologie validée, différentes configurations des éléments entourant la chambre de réaction à l’intérieur de la machine sont étudiées. Ce processus aboutit à une conception qui permet d’obtenir des réductions significatives par rapport à l’équipement d’origine dans tous ses modes de fonctionnement.

VALIDATION EXPÉRIMENTALE

Une fois la conception finale définie, un prototype est fabriqué à l’aide de l’impression 3D pour tester expérimentalement les améliorations obtenues. Les résultats obtenus lors des essais reflètent des améliorations très similaires à celles prédites par les modèles numériques, avec une précision à nouveau proche de 1dB dans la comparaison. Des mesures de débit sont également effectuées à l’aide d’un anémomètre à fil chaud pour vérifier que le débit est approprié. Le processus d’optimisation se conclut par des résultats très satisfaisants en termes d’amélioration du débit et de réduction du bruit, avec des valeurs de bruit inférieures d’environ 8 dBA par rapport à la conception initiale.