Analyse de l’écoulement d’un ventilateur centrifuge par méthodes expérimentales

Quirion, Théo (2023). Analyse de l’écoulement d’un ventilateur centrifuge par méthodes expérimentales. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), estime que la pollution de l’air à l’intérieur des habitations est responsable d’environ 3,2 millions de décès par an en 2020. De même, la récente pandémie de la COVID-19 a montré l’importance de bien ventiler l’intérieur des bâtiments ainsi que de filtrer l’air respiré. Les systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVCA) sont essentiels pour répondre à ce besoin. Ces systèmes sont composés de filtres et de ventilateurs. Le ventilateur permet de faire circuler l’air à travers les filtres. Les particules nocives sont alors capturées par les médias des filtres.

La présence de filtres en amont du ventilateur influence l’écoulement et les performances du ventilateur. Il est difficile de trouver les effets des filtres sur le ventilateur dans la littérature. Dans ce contexte, ce travail de recherche vise à quantifier les variations temporelles dans les sillages d’un ventilateur centrifuge, influencé par des filtres positionnés en amont avec des efficacités différentes. Les quantités sont obtenues par méthodes expérimentales notamment en utilisant des anémomètres à fil chaud.

Les résultats montrent que l’ajout de filtre en amont influence les performances du ventilateur. L’installation de filtres augmente la résistance du système. En effet, cela réduit le gain de pression jusqu’à 50% dans le cas de filtres installés en série. De même, la puissance électrique du moteur du ventilateur varie très peu en fonction de l’efficacité des filtres. Enfin, le coefficient de débit diminue au maximum de 17% avec l’ajout de filtres en amont.

Ces travaux permettent également de mettre en évidence des variations de vitesse dans le sillage du ventilateur avec l’augmentation du chargement du ventilateur. L’ajout d’un filtre en amont augmente l’amplitude des fluctuations de vitesse et uniformise les vitesses sur la hauteur de la roue. De plus, la cascade énergétique montre une forme plus complexe qui suggère que le chargement des pales causées par les filtres augmente l’anisotropie de l’écoulement. La configuration sans filtre est marquée par une instabilité à basse fréquence.

Titre traduit

Flow analysis of a centrifugal fan by experimental methods

Résumé traduit

The World Health Organization (WHO), estimates that indoor air pollution is responsible for approximately 3,2 million deaths per year in 2020. Similarly, the recent COVID-19 pandemic has shown the importance of proper ventilation inside buildings as well as filtering the air breathed. Heating, ventilation and air conditioning (CVCA) systems are essential to meeting this need. These systems consist of filters and fans. The fan circulates the air through the filters. Harmful particles are then captured by the filter media.

The presence of filters upstream of the fan influences the flow and performance of the fan. In this context, this research work aims to quantify the temporal variations in the wakes of a centrifugal fan, influenced by filters positioned upstream with different efficiencies. Quantities are obtained by experimental methods using hot wire anemometers.

The results show that the addition of upstream filters influences the performance of the fan. The installation of filters increases the resistance of the system. In fact, it reduces the pressure gain by up to 50% in the case of filters installed in series. Also, the electrical power of the fan motor varies a little with the efficiency of the filters. Finally, the flow coefficient decreases by up to 17% with the addition of upstream filters.

This work also reveals velocity variations in the fan wake with increasing fan loading. The addition of an upstream filter increases the magnitude of the velocity fluctuations and evens out the velocities over the impeller height. In addition, the energy cascade shows a more complex shape which suggests that the blade loading caused by the filters increases the anisotropy of the flow. The configuration without filters is marked by low frequency instability.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 109-112).
Mots-clés libres:	ventilateur centrifuge, méthodes expérimentales, anémomètre à fil chaud, sillages, filtres à air
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Sanjosé, Marlène
Codirecteur:	Codirecteur Di Labbio, Giuseppe
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	28 août 2023 14:33
Dernière modification:	28 août 2023 14:33
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3252

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