Étude CFD des effets aérauliques dans une verrerie.

Création du jumeau numérique

Pour cette étude, l'entièreté du site de Veauche a été reproduite avec un logiciel 3D. La reproduction 3D du site donne lieu à un jumeau numérique. Pour que l'étude CFD soit correcte, il reprend fidèlement l'ensemble des volumes d'air, l'architecture du bâtiment ainsi que les fours et les machines IS.

De plus, les résultats prennent en compte de nombreux phénomènes physiques comme les températures radiantes des parois, le tirage thermique issu des procédés de fabrication, la pression du vent, l'emplacement et les caractéristiques des résistances à l'écoulement de l'air, ainsi que la présence de systèmes mécaniques brassant de l'air.

La création d'un jumeau numérique très détaillé nous permet de réaliser des calculs d'une grande précision et ainsi d'identifier rapidement des problèmes thermiques potentiels. En analysant ces résultats dans une perspective globale ou locale, nous pouvons prévoir d'éventuels problèmes et élaborer des solutions innovantes qui s'adaptent aux différentes complications identifiées.

Description des machines IS

Les machines IS sont des machines pour le formage du verre. Au début, la machine est alimentée en verre à partir de l'avant-bassin par un canal de distribution appelé feeder. Le rôle du feeder est d'amener le verre au distributeur à la température requise par la machine de formage tout en assurant l'homogénéité de la température dans toute la section du verre.

Compte tenu des très hautes températures mises en jeu dans ces machines, elles forment un point essentiel de l'étude au même titre que les fours. EOLIOS se propose d'étudier les flux thermo-aérauliques autour de ces machines au vu de la ventilation naturelle assurée par des puits aérauliques et du dégagement calorifique du verre. Ces machines étant au contact des opérateurs, il faut être vigilant quant au respect des conditions de travail de ceux-ci.

Principaux résultats obtenus

Lors des simulations CFD, l'équipe EOLIOS s'est focalisée sur la ventilation naturelle de la verrerie ainsi que sur les températures à l'intérieur de l'usine. Dans un premier temps, EOLIOS a pu déceler que l'édicule de toiture était en surchauffe avec des températures de l'ordre de 50 °C. Il est donc nécessaire que celui-ci dispose de ventelles en partie haute afin de limiter la stagnation de l'air chaud.

Cette analyse a aussi permis de mettre en évidence le moteur principal des déplacements d'air dans le volume du bâtiment. En effet, la création de chaleur par le process au niveau du four et des machines IS réchauffe les masses d'air qui sont alors mises en mouvement par tirage thermique (effet de cheminée) et par la ventilation des process.

Ensuite, l'étude a traité du cas des flux thermo-aérauliques des machines IS. Dans la configuration actuelle du bâtiment, en l'absence d'ouvertures naturelles, cela ne paraît pas optimal. Une étude sur la diffusion de polluant a aussi été réalisée pour vérifier que l'extraction des fumées de graisse des machines IS s'effectue correctement ; celle-ci a été jugée conforme aux normes de sécurité.

Les avantages de la simulation CFD pour les verreries

La simulation numérique offre de nouvelles perspectives pour les bureaux de conception. Elle permet de prévoir un grand nombre de scénarios et, par conséquent, de maîtriser tous les imprévus liés à une mauvaise conception. Dans le cas des verreries, la modélisation multiphysique permet de prendre en compte la totalité des phénomènes à l'origine des flux thermo-aérauliques.

Grâce à ses serveurs de calcul, les modèles d'EOLIOS peuvent être simulés dans leur intégralité avec une grande précision en un laps de temps restreint. Par ailleurs, l'expérience d'EOLIOS en aéraulique générale permet à notre équipe de proposer des solutions innovantes et pertinentes dans le cas de problèmes de surchauffe. Implémenter des simulations CFD dans votre processus de conception, c'est faire appel à des experts en mécanique des fluides, thermique et simulations numériques pour s'assurer qu'aucun problème n'intervienne dans le futur.

Synthèse vidéo de l'étude

Nos études d'ingénierie CFD ont permis de simuler le transfert thermique et aéraulique qui se produit dans l'environnement de la verrerie. Cela inclut l'évaluation des températures et des vitesses d'air dans les différentes zones de la verrerie, ainsi que les pressions, le taux de pollution et le taux de CO₂. Les simulations CFD ont également été utilisées pour évaluer la qualité de l'air à l'intérieur de la verrerie et pour estimer les niveaux de polluants à l'intérieur et à l'extérieur. Cela aide à déterminer si le système de ventilation est suffisamment efficace pour maintenir des niveaux de polluants acceptables.

En finalité, EOLIOS a pu réaliser la conception des ouvrants de ventilation naturelle dans le cadre de l'extension et de la réhabilitation de l'usine.