Conception et réalisation du banc expérimental AEROFANS

Conception et réalisation du banc expérimental AEROFANS

Ce chapitre présente le banc d’essais final ainsi que les différents moyens et dispositifs expérimentaux. Le banc a été réalisé en deux étapes. Dans un premier temps, la construc- tion du dispositif expérimental BETAECON, répondant aux exigences de la norme ISO- 5801 (catégorie B), a permis d’évaluer les difficultés et les problèmes qui pouvaient se poser sans se préoccuper encore de la réalisation du mouvement contrarotatif. Avec le retour d’expérience de BETAECON, des modifications et des améliorations ont été ap- portées aboutissant au nouveau banc, AERO2FANS capable de mesurer les performances globales mais aussi locales d’un système à rotors contrarotatifs.Dans ce chapitre, la conception de BETAECON sera présentée en premier lieu ainsi que les différents types et moyens de mesures utilisés. En deuxième lieu, AERO2FANS sera présenté à son tour avec les différentes modifications apportées. Puis, des mesures de calibration et de caractérisation de certains appareils sont détaillées. Enfin, les problèmes et solutions adoptées concernant les mesures PIV et LDV seront discutés dans les deux derniers paragraphes.Le Banc d’ETude Aéraulique des Ecoulement en CONduit (BETAECON) permet l’étude des performances globales et locales de ventilateurs axiaux en conduit. Les mesures globales sur ce banc ont été validées par le même type de mesures effectuées sur un autre banc du laboratoire mais en configuration champ libre 1. Les essais réalisés sur ces deux bancs ont donné lieu à la publication [49].

 Il est constitué d’un tube de diamètre intérieur D=380 mm et mesure huit mètres de long. Il permet de tracer la caractéristique d’un ventilateur pour une vitesse de rotation donnée en faisant varier la résistance du circuit aéraulique par variation du diamètre du diaphragme de sortie. Principalement, il comporte les éléments suivants : pectivement. Chacun mesure L=2 m de long. Ils ont été assemblés à l’aide de brides à leurs extrémités avec une parfaite étanchéité. Un des problème rencontré dans l’utilisation de ces tubes et leur circularité irrégulière, donnant une forme légèrement elliptique à la section du conduit. Ceci est causé par l’« écrasement » du tube sous son propre poids.Redresseur en forme d’étoile : comme le suggère la norme, un redresseur d’écoule- ment en forme d’étoile à huit branches est employé 2D en aval du ventilateur. Chacune des branches a une épaisseur de 1.5 mm et la longueur du redresseur est de deux fois le diamètre intérieur du conduit. Le redresseur a pour but de réduire la composante gira- toire de l’écoulement qu’on trouve habituellement derrière un rotor. L’énergie contenue dans cette composante giratoire est supposée, d’après la norme, se transformer en chaleur. En sortie du redresseur l’écoulement est donc essentiellement axial et est plus uniforme.

Les mesures de pression statique prélevées un diamètre en aval du redresseur, sont plus Pour vérifier et essayer de comprendre comment fonctionne le redresseur en étoile,une simulation numérique de cette pièce a été réalisée. Un écoulement tourbillonnaire est imposé en amont du redresseur, équivalent à celui sortant d’un rotor. La figure 3.3 montre le domaine de calcul. La simulation est réalisée avec le code commercial Ansys-CFX v.13,V=7 m.s−1, presque égale à la vitesse axiale (Va=8.8 m.s−1). En aval, après avoir traversé le redresseur, l’écoulement devient quasi-axial. Quantitativement, le redresseur remplit son rôle qui consiste à éliminer la composante giratoire de la vitesse. Les profils de pression des sections du conduit aux position 0.5 D en amont et en aval du redresseur montrent également une homogénéisation de la pression statique. Le tableau 3.1 montre quelques valeurs de pression statique et totale moyennées et prélevées sur les sections du tube, 0.5 D en amont et 0.5 D en aval du redresseur 2. La figure 3.4 montre l’étude de convergence en maillage réalisée sur la perte de charges du redresseur, définie comme la différence de la pression statique moyenne sur les sections situées à 0.5D en amont et à 0.5D en aval de du redresseur.

D’après ces valeurs, la perte en terme de pression statique est de l’ordre de 14.88 Pa. Les autres simulations de la figure 3.5 donne une valeur compriseLa pression dynamique relative à la vitesse axiale est inchangée. Seule la pression dy- namique relative aux vitesses tangentielle et radiale diminue significativement et devient presque nulle. D’après la simulation, le redresseur en forme d’étoile permet effectivement de supprimer les composantes tangentielle et radiale. Toutefois, on observe que la perte de charges du redresseur varie en fonction de la vitesse tangentielle imposée en entrée comme le montre la figure 3.5 Effectivement, on remarque que le coefficient ne tient compte que du nombre de Reynolds défini à partir de la vitesse débitante. De plus, la norme précise clairement que cette estimation de la perte de charges ne tient pas compte de la rotation de l’écoulement induite par le ventilateur.