Voir l’invisible : comment la CFD contribue à concevoir de meilleurs ventilateurs

« Les gens pensent souvent que le développement d’un ventilateur commence par la conception d’une nouvelle pale ou d’un nouveau caisson. En réalité, tout commence par la compréhension du comportement de l’air. »

Bram – Ingénieur en aérodynamique chez Vostermans Ventilation

Contrairement aux pales ou au moteur, le flux d’air ne peut pas être vu. Pourtant, il détermine presque tous les aspects des performances d’un ventilateur. L’efficacité, le débit d’air, le développement de la pression, la portée du flux d’air et même le niveau sonore dépendent tous de la manière dont l’air circule à travers et autour du ventilateur. Comprendre le flux d’air est donc essentiel pour développer des ventilateurs plus performants chez Vostermans Ventilation.

L’ingénierie commence par des questions

 Le développement d’un nouveau ventilateur repose rarement sur une seule avancée majeure. Il s’agit le plus souvent de se poser de nombreuses petites questions. 

• Comment un profil de pale différent influence-t-il l’efficacité ?

• Le flux d’air peut-il être guidé plus uniformément à travers le ventilateur ?

• Que se passe-t-il lorsque la géométrie du caisson du ventilateur est modifiée ?

• Quelle quantité d’énergie est perdue en raison des turbulences ?

• Comment réduire le bruit aérodynamique sans compromettre le débit d’air ?

« Chaque choix de conception influence le flux d’air », explique Bram. « Notre défi consiste à comprendre précisément comment ces choix affectent les performances finales du ventilateur. »

Trouver les réponses à ces questions uniquement à l’aide de prototypes physiques prendrait énormément de temps. C’est là que la mécanique des fluides numérique (CFD) a transformé le processus d’ingénierie.

Rendre le flux d’air visible

La CFD permet aux ingénieurs de simuler le flux d’air avant même la fabrication du premier prototype. Au lieu de construire plusieurs modèles physiques, les ingénieurs évaluent d’abord leurs idées dans un environnement virtuel. La vitesse de l’air, la répartition de la pression et les structures d’écoulement turbulent deviennent visibles, fournissant ainsi de précieuses informations sur le comportement d’un ventilateur bien avant le début des essais en laboratoire.

« La simulation en elle-même n’est pas l’objectif », explique Bram. « L’objectif est de comprendre la physique qui se cache derrière ce que nous observons. » En visualisant le flux d’air, les ingénieurs peuvent identifier les pertes aérodynamiques, comparer différentes conceptions et mieux comprendre pourquoi un concept se comporte différemment d’un autre.

*Flux d’air visualisé à l’aide de la CFD

Petits détails, différences mesurables

L’un des aspects les plus intéressants de l’aérodynamique est que des détails apparemment mineurs peuvent avoir un impact mesurable sur les performances. Prenons par exemple le jeu entre l’extrémité de la pale et le caisson du ventilateur. Bien qu’il ne mesure que quelques millimètres, cet espace permet à l’air de contourner l’extrémité de la pale au lieu de traverser le ventilateur. Le tourbillon en bout de pale qui en résulte représente une perte aérodynamique que les ingénieurs cherchent à minimiser. La CFD rend ces phénomènes d’écoulement visibles et aide les ingénieurs à comprendre comment la géométrie des pales, le jeu en bout de pale et la conception du caisson influencent les performances globales.

De la simulation aux produits leaders du marché

La valeur de la CFD devient particulièrement évidente lorsqu’elle contribue au développement de produits offrant des performances exceptionnelles dans la pratique. Lors du développement du Multifan AirBreeze, la CFD a joué un rôle important dans l’évaluation de nombreux concepts aérodynamiques avant même que les prototypes ne soient testés en laboratoire. En combinant expertise aérodynamique, simulations CFD et essais approfondis en laboratoire, les ingénieurs ont optimisé le ventilateur en termes de débit d’air, d’efficacité énergétique et de performances acoustiques.

*Intensité du flux d’air au niveau de la roue du Multifan AirBreeze

La même philosophie d’ingénierie a été appliquée lors du développement du Multifan Venturon. Différentes conceptions de caisson, géométries de pales et caractéristiques du flux d’air ont été analysées, permettant aux ingénieurs de prendre des décisions de conception éclairées tout au long du processus de développement.

*Visualisation du flux d’air à l’aide de la CFD lors du développement du Multifan Venturon

Aujourd’hui, ces deux gammes de produits sont reconnues comme faisant partie des meilleures du marché en termes de performances, d’efficacité énergétique et de niveaux sonores. Si chaque produit à succès est le fruit de la collaboration entre de nombreuses disciplines d’ingénierie, la CFD est devenue un outil indispensable pour comprendre et optimiser les performances aérodynamiques.

Bien que la CFD soit devenue un outil d’ingénierie indispensable, la simulation n’est jamais une réponse définitive. Chaque modèle numérique est validé à l’aide de mesures en laboratoire afin de s’assurer que les prédictions virtuelles reflètent fidèlement la réalité. « Une simulation sans validation n’est qu’une visualisation », explique Bram. En comparant en permanence les simulations aux performances mesurées, les ingénieurs améliorent à la fois leurs modèles numériques et leur compréhension du flux d’air.

Un apprentissage permanent

Pour Bram, chaque projet commence par la curiosité. Il n’existe pas deux conceptions de ventilateurs qui se comportent exactement de la même manière, et chaque nouveau développement apporte de nouvelles connaissances sur le flux d’air. « Plus nous comprenons la physique, meilleures sont nos décisions d’ingénierie. C’est cette quête permanente de connaissances qui stimule notre innovation chez Vostermans Ventilation. Car la conception de meilleurs ventilateurs ne commence pas par les moteurs et les roues. Elle commence par la compréhension de l’invisible. »