Academic literature on the topic 'Ventilateurs axiaux'

Dans le contexte des avions plus électriques, le potentiel de récupération d'énergie de ventilateurs de refroidissement embarqués est étudié. Ces compresseurs conventionnels, utilisés uniquement au sol, fonctionnent en autorotation libre en vol. Dans cette dernière configuration, appliquer un couple donné sur l'arbre permet de récupérer de l'énergie électrique, le ventilateur fonctionne alors en autorotation chargée (mode turbine). Cependant, ces géométries conventionnelles obtiennent de faibles rendements turbine, causés par des incidences fortement négatives conduisant à des décollements massifs. Il est alors nécessaire de concevoir une machine axiale réversible capable de fonctionner de manière duale en mode compresseur et turbine, avec une performance élevée dans les deux cas. Ce nouveau concept permet de capitaliser l’équipement tout au long de la mission. Dans cette étude, l'adéquation de l'approche quatre-quadrants et du formalisme psi-phi à propos du mode dual de turbomachines est soulignée, au détriment des représentations classiques séparant les performances compresseur et turbine. Une analyse du fonctionnement du mode compresseur à l'autorotation chargée a permis de mettre en évidence les propriétés génériques des écoulements d'autorotation ainsi que ce qui fait la spécificité des machines duales. Les mécanismes de l’écoulement et les paramètres géométriques impactant la performance le long de la ligne de fonctionnement ont également été identifiés. Le concept de machine duale est validé grâce aux grands rendements obtenus en essais. Enfin, une géométrie optimisée est proposée et des recommandations liées au design de machines duales sont données
In the more electric aircrafts context, the in-flight windmilling operation of conventional onboard axial fans is regarded as a functioning mode that enables energy recovery. Poor turbine efficiencies of classical geometries, due to massive separations, require to design a reversible machine. The latter allows a dual compressor/turbine functioning with high performances in both modes to capitalize the equipment throughout the mission. In this study, the relevance of psi-phi formalism to multi-quadrant approach is underlined. The flow analysis from compressor to load-controlled windmill enables to highlight generic properties of windmilling flows as well as dual machines specificities. The flow mechanisms and geometrical parameters impacting the performances along the operating line are also identified. Finally, an optimized dual machine design is proposed

Les constructeurs de turbomachines sont confrontés de nos jours à des difficultés de dimensionnement en raison du durcissement des réglementations européennes en matière de lutte contre les nuisances acoustiques. Ainsi, tous les mécanismes générateurs du bruit sont explorés. Le présent travail de recherche, à caractère théorique et expérimental, s'inscrit dans cette direction. Ceci permet de prédire et d'améliorer les performances acoustiques des machines sans nuire à leurs performances aérauliques. Une étude bibliographique a permis de mesurer la complexité des phénomènes instationnaires générateurs du bruit aérodynamique à fréquences discrètes et à large bande et de montrer la diversité des modèles permettant sa prédiction. Le formalisme de Ffowcs Williams & Hawkings a été retenu pour la prédiction du bruit de raies des ventilateurs axiaux en champ lointain. Les efforts aérodynamiques instationnaires nécessaires à l'application du formalisme ont été déterminés d'une part par un calcul potentiel, et d'autre part, par la simulation numérique. La prédiction du bruit de raie en champ proche a été également étudiée par l'approche potentielle. Une étude expérimentale a été menée pour permettre une comparaison entre les résultats théoriques et les résultats expérimentaux. Ces travaux montrent également l'influence de l'environnement proche de la roue sur le comportement aéroacoustique d'une machine axiale.

La ventilation d'attaque dans les incendies consiste à exercer une surpression sur un local en feu à l'aide d'un jet d'air. Cette surpression permet, en ménageant un exutoire, d'acheminer les produits de combustion souvent vers l'extérieur du local en feu. Cette étude s'est attachée à décrire les jets d'air complexes utilisés et leur action en terme de débit et de pression sur un compartiment. La mesure par fils chauds des champs de vitesse issus des ventilateurs axiaux nous a permis de décrire les différences entre les jets annulaires simples et les jets d'air complexes produits par les ventilateurs axiaux. En condition normale d'utilisation, les ventilateurs sont posés au sol et inclinés vers le haut de 20ʿ. Nous avons montré que le sol aspire le jet et qu'il permet à des vitesses élevées de se conserver plus longtemps en diminuant l'air entraîné. Enfin, nous avons montré à travers des exemples d'intervention qu'il est possible de faire baisser de manière significative la température
The positive pressure ventilation used in the fight of fires consists in exercising an overpressure on a premises in fire by means of air jet. This overpressure allows, by making a release, to forward the products of combustion to the outside of the premises in fire. This study attempted to describe the complex air jets used, and their action in term of output flow rate and pressure on a compartment. These air jets are generated by axial fans. The measure by hot wire of the fields of speed stemming from simple axial fans allowed us to describe the differences between the simple annular jets and these complex air jets. In normal condition of use, ventilators used in PPV are put on the ground, and tilted upward about 20ʿ. We showed that the ground sucks up the jet. Finally, we showed through examples of intervention in complex cases that by optimizing the means and the techniques of ventilation, that it is possible to make decreasing in a significant way the temperature

L'objectif fixe est une etude theorique et experimentale de l'influence des parametres constructifs sur les performances acoustiques et energetiques des ventilateurs axiaux. Il fait partie des programmes de recherches menes par le laboratoire d'energetique et de mecanique des fluides interne (l. E. M. F. I. ). Les interactions fluide-structure sont encore mal maitrisees et les differentes causes qui sont a l'origine de bruit rendent l'approche experimentale indispensable. Ce travail a consiste en la mise au point de criteres de dimensionnement bases sur une optimisation des diverses sources de bruit, criteres pouvant etre integres aux codes classiques de dimensionnement des ventilateurs axiaux. Le developpement de ces criteres est base sur l'interaction machine-fluide et l'on montre que la reduction du bruit est directement liee a la maitrise des ecoulements internes. Les differents parametres constructifs de la machine ont ete les premiers facteurs etudies. Apres la mise au point de ces criteres d'optimisation, on a procede au dimensionnement, a la fabrication et aux essais de 3 ventilateurs axiaux constitues d'un rotor et d'un stator. Ayant, pour des facilites de realisation un meme encombrement radial, ces trois machines ont ete dimensionnees pour respecter le meme cahier des charges

Malgré les progrès accomplis dans la réduction du bruit des ventilateurs axiaux subsoniques, le bruit de raie basse fréquence, composante gênante du bruit, demeure difficile à contrôler. Aux basses fréquences, l'ajout de matériaux absorbants est inefficace et les silencieux encombrants et coûteux. Il faut alors faire appel à des "mesures curatives", comme le contrôle actif acoustique ou le contrôle actif à la source. Les contributions de ces travaux de doctorat sont : 1) l'estimation des sources aéroacoustiques du bruit de raie par modèle inverse, 2) une méthode de contrôle actif nécessitant un seul haut-parleur et 3) une méthode de contrôle passif adaptatif basée sur l'ajout d'obstructions dans l'écoulement. Les développements théoriques menés dans cette thèse sont valides pour les ventilateurs axiaux subsoniques et les expériences ont été réalisées sur un ventilateur de radiateur d'automobile.

Dans un ventilateur axial, le décollement tournant peut être caractérisé par des cellules à débit réduit, nul ou négatif qui se propagent dans le sens de la rotation du ventilateur à une vitesse angulaire constante. L'objectif de notre travail a consisté à utiliser les méthodes expérimentales telles que la vélocimétrie laser, le fil chaud et la technique de visualisation pour étudier l'apparition de ce phénomène. En général, les sondes perturbent l'écoulement. La mesure sans contact du fluide par vélocimétrie laser nous permet une approche plus fine du phénomène étudié. Des fils chauds simples ont été utilisés pour détecter le décollement tournant, permettant d'en tirer les caractéristiques de celui-ci (vitesse, nombre et amplitude des zones décollées). La technique de visualisation est très peu utilisée jusqu'à présent dans l'étude du décollement tournant dans les ventilateurs axiaux. Nous avons choisi cette méthode pour étudier le décollement tournant, puisque les images obtenues nous permettent une meilleure compréhension de la structure de l'écoulement étudié. Une étude bibliographique portant sur les travaux théoriques et expérimentaux dans le domaine de l'écoulement instationnaire concernant le décollement tournant dans les ventilateurs axiaux est présentée.

Despite the efforts made during the last decades to control noise from subsonic fans, low frequency tonal noise is still of major concern. For those frequencies, passive techniques are bulky and inefficient but active techniques are better adapted and have a great potential for a control at the source. The contributions of this PhD work are (1) the estimation of tonal aeroacoustic sources using inverse models, (2) an acoustic noise control method using a single loudspeaker and (3) an adaptive passive control method using flow control obstructions. Theoretical developments provided in the thesis are valid for subsonic axial fans and experiments were carried out, for an automotive engine cooling fan.

Ce travail consiste dans l’étude, pour un ventilateur axial, des phénomènes aérodynamiques susceptibles de générer des raies acoustiques à la fréquence de passages des pales et à ses harmoniques et les essais sont réalisés pour le point d’adaptation. Un modèle de prédiction, qui permet le calcul de la pression acoustique pour la fréquence de passage des pales et ses harmoniques, a été élaboré par Lowson. Il repose sur le rayonnement sonore des forces instationnaires en mouvement circulaire agissant sur les aubages dont l’amplitude, décomposable en série de Fourier, dépend de la valeur de la force stationnaire. Les forces sont évaluées par une loi de puissance inverse. La distribution volumique des forces est remplacée par une force résultante F que l’on décompose en une force axiale et une force tangentielle. Dans le modèle de Lowson, l’évaluation des forces instationnaires nécessite la connaissance du profil des vitesses moyennes au refoulement du ventilateur. Dans le cadre de cette étude, nous évaluons expérimentalement le niveau des forces fluctuantes. Les pales du ventilateur étudié sont équipées de capteurs de pression ce qui permet la détermination de la force résultante d’où une confrontation possible entre l’évaluation de Lowson et les résultats expérimentaux. Parallèlement aux mesures des forces, on effectue la mesure du niveau de pression sonore émis à la fréquence de passage des pales et à ses harmoniques ce qui permet de confronter les niveaux sonores réels avec ceux estimés soit en utilisant l’évaluation des forces de Lowson soit en utilisant nos résultats expérimentaux.

RESUME : Les machines axiales à rotors contrarotatifs subsoniques sont une bonne solution pour les industries où de fortes élévations de pressions et d'efficacités sont nécessaires sans augmenter le diamètre ou la vitesse de rotation des rotors. Néanmoins, le comportement des CRS et les paramètres impactant ses performances ne sont pas encore totalement compris. Cette thèse mène une investigation expérimentale sur la performance et les paramètres influents sur un étage contrarotatif. La technique de design et les méthodes de mesure sont repris sur une thèse précédente réalisée au laboratoire Dynfluid (Arts et métiers ParisTech). Trois étages contrarotatifs ont été fabriqués (JW1, JW2 et JW3) et testés sur le banc d'essai normalisé AERO2FANS. Ces machines ont été conçues pour avoir le même point de fonctionnement mais avec une répartition de charge différente. Les résultats expérimentaux se concentrent dans un premier temps sur JW1. Les grandeurs physiques regardées sont l'efficacité globale et l'élévation de pression statique pour juger de la performance globale de la machine. La fluctuation de pression pariétale et le champ de vitesse sont aussi mesurés. L'impact du changement de rapport de vitesse ou la distance entre les deux rotors sur la machine JW1 a été étudiée grâce aux grandeurs physiques décrits précédemment. Enfin dans une dernière partie, les trois machines sont comparées toujours grâce aux grandeurs physiques définies précédemment
ABSTRACT : The counter rotating subsonic axial flow fans could be a good solution for applications where the highly improved static pressure and efficiency are required without the increase of rotational speed and fan diameter. However, the mechanisms of high performance CRS and parameters influences are not well understood nowadays. This thesis is an experimental investigation of the performance and parameter studies of two counter rotatingaxial flow ducted fans. The design and measurement methods are based on the previous research work in Laboratory Dynfluid (Arts et Métiers ParisTech). Three Counter Rotating Stages (CRS) (named JW1, JW2 and JW3) are developed and tested on a normalized test bench (AERO2FANS). These systems have same design point and differ by the distribution of loading as well as the ratio of angular velocity between the Front Rotor (FR) and Rear Rotor (RR). The first part of results focus on the JW1. The overall performance is obtained by the experimental results of the static pressure rise and static efficiency, as well as the wall pressure fluctuations recorded by a microphone on the casing wall. The parameter study is conducted to investigate the effects of the axial distance and the ratio of angular velocity between the FR and RR on the global performance and flow fields measured by Laser Doppler Velocimetry (LDV).The last part of the work is devoted to analyze the differences of the three CRS with different distribution of work, in terms of the global performance and flow features