Conception des jupes pour radiateurs – Page 3

Le principe ici est de supprimer toutes les pertes potentielles qui nuisent à l’efficacité de la jupe. On va donc éliminer ces pertes contre lesquelles le ventilateur doit lutter au fur et à mesure de leur découverte. On va simuler l’écoulement qui se produit dans différentes formes de jupes pour voir les points négatifs.

Tout d’abord quelques remarques : le ventilateur sera monté en aspiration et considéré, d’un point de vue simulation, comme étant une simple hausse de pression statique à travers une surface. En réalité, l’écoulement entre l’entrée et la sortie d’un ventilateur est également une hausse de pression statique mais aussi un écoulement 3D instationnaire (qui varie à cause de la turbulence) animé d’un rotationnel, c’est à dire que le flux est aspiré et expulsé en formant un tourbillon causé par la forme des pales. Ce tourbillon, appelé « pré-swirl » pour l’aspiration, est très faible par rapport à celui de sortie et il est donc négligé dans notre cas. Il n’influence que peu la forme de l’écoulement et de toute façon ,il est complexe à modéliser correctement. Dans notre cas, la non prise en compte de ce « pré-swirl » n’est pas très importante, car les faibles vitesses que l’on a et la faible épaisseur de jupe (6 cm) l’empêche de se développer correctement.

On peut le vérifier si on le désire, ce que j’ai fait, en construisant un petit tunnel à air. On vient aspirer dans un tube de 30 cm pour laisser le temps à l’écoulement de se développer et on injecte de la fumée à l’aspiration. L’observation n’a pas révélé de traces visibles de « pré-swirl » malgré un écoulement légèrement turbulent qui perturbait le filet de fumée. Le diamètre du ventilateur (120 mm) n’est probablement pas assez grand pour le percevoir correctement et la rotation pas assez rapide. Voir le schéma pratique ci-contre.

Le radiateur peut être considéré comme un redresseur de flux à cause des ailettes : les trajectoires des particules d’air qui sortent du radiateur sont donc parallèles entre elles, sans rotation, et perpendiculaires à la surface qui nous intéresse.

La première jupe, la plus simple, qui vient à l’esprit est une jupe carrée du style boîte à chaussures, avec d’un coté le ventilateur et de l’autre le radiateur :

Le disque maintenu par 2 branches représente le moteur au milieu du ventilateur, il servira aussi à autre chose par la suite. Les 2 branches qui le tiennent n’interviennent que très peu dans l’écoulement, elles sont très fines. Après simulation de l’écoulement d’air dans cette configuration on obtient ceci (ne pas tenir compte des valeurs données sur l’échelle des vitesses, c’est pour avoir la correspondance visuelle des couleurs et elle sera toujours la même) :

Vue du champ des vitesses suivant 2 plans (milieu de la jupe et ailettes à l’intérieur de la jupe)

On note déjà une très nette amélioration au niveau des ailettes qui sont toutes prises en compte cette fois-ci et soumises à un flux d’air. La répartition sur la surface est typée concentrique avec vitesse d’aspiration maximale au milieu vu la disposition des éléments et vitesse plus faible jusqu’à devenir nulle plus on se rapproche des parois. Ce genre de jupe se révèlera déjà beaucoup plus efficace qu’un simple ventilateur posé directement sur le radiateur (au niveau bruit et efficacité). Mais allons plus loin dans l’optimisation…

On remarque et on devine par symétrie qu’il existe 4 zones de très faible vitesse dans chaque coin de la jupe (en bleu foncé sur la 4ème image du dessus) où l’air se retrouve piégée dans une « poche » par la manière dont l’air se précipite vers les pales. Ces 4 zones sont appelées des zones de recirculation du fluide. Elles ne participent en rien à l’efficacité de la jupe, occupent un volume inutile et consomment de la puissance pour entretenir la rotation de l’air piègée que l’on voit ci-dessous :

Trajectoires des particules dans une des zones mortes

On voit bien que l’air provenant du radiateur ne vient pas se loger dans ces coins du fait de la vitesse trop élevée du flux d’air et vient occasionner des tourbillons visibles sur la représentation vectorielle. Ce type de jupe va être surtout utilisée pour des radiateurs du type BIX2 ou leurs dérivés en récupération (Big Momma) dont la surface avec les ailettes fera au minimum 240×120 mm et qui utiliseront 2 ventilateurs du même coté. On verra un peu plus loin qu’il est difficile de faire autrement pour ce type de radiateurs à forme « allongée ».