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La simulation CFD : Une alternative aux tests en soufflerie

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LA CFD : une alternative aux tests en soufflerie

Les essais en soufflerie

Les essais en soufflerie ont été largement utilisés pour les applications industrielles et de recherche au cours des cinq dernières décennies.

Les tests en soufflerie nécessitent une installation coûteuse et des instruments sophistiqués pour mesurer une gamme de variables de champ (vitesse du vent, charges de pression, intensité de la turbulence, etc.). Sa principale limitation réside dans le fait que de telles mesures ne sont obtenues qu’à quelques points précis de la section d’essai, ce qui restreint considérablement la compréhension globale des processus évolutifs ou transitoires de phénomènes complexes instationnaires (tels que le déchiquetage par vortex, les sillages de turbulence et la stratification thermique).

Les différentes étapes d'un test en soufflerie

Un essai en soufflerie est un test aérodynamique réalisé dans un tunnel à vent où l’on étudie le comportement d’un objet exposé à un flux d’air simulant les conditions réelles.

Voici les principales étapes d’un essai en soufflerie :

1. Définition de l’objectif : Avant de réaliser un essai en soufflerie, il est important de définir clairement l’objectif de l’essai. Cela pourrait être l’étude de la traînée d’un véhicule, l’optimisation de la portance d’une aile d’avion, ou encore l’évaluation de la stabilité d’un bâtiment face au vent.

2. Conception du modèle : Un modèle réduit de l’objet à étudier est généralement fabriqué à une échelle réduite pour pouvoir être testé dans la soufflerie. Le modèle peut être fabriqué à partir de divers matériaux tels que le plastique, le bois ou même l’impression 3D.

3. Installation du modèle dans la soufflerie : Une fois le modèle prêt, il est positionné dans le tunnel à vent de manière à être exposé au flux d’air. Des supports et des systèmes de mesure sont utilisés pour maintenir le modèle en place et recueillir les données pertinentes pendant l’essai.

4. Réglage des conditions de l’essai : Avant de commencer l’essai, les conditions de l’essai doivent être réglées, telles que la vitesse du vent, la température et la pression. Ces conditions sont généralement déterminées en fonction des spécifications techniques spécifiques de l’objet à tester.

5. Collecte de données : Pendant l’essai, diverses mesures et observations sont effectuées pour évaluer le comportement de l’objet dans le flux d’air. Cela peut inclure la mesure de la force exercée sur l’objet (traînée, portance), la visualisation des flux d’air à l’aide de techniques de visualisation (fumée, particules), ou encore la mesure des pressions sur la surface de l’objet.

6. Analyse des résultats : Une fois les données collectées, elles sont analysées afin de tirer des conclusions quant au comportement aérodynamique de l’objet. Les résultats de l’essai en soufflerie sont souvent présentés sous forme de rapports techniques, de graphiques ou de visuels pour communiquer les conclusions de l’étude et les recommandations éventuelles pour l’optimisation de l’objet testé.

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Etude à soufflerie Eiffel – Crédit @AirDesignLab et @EOLIOS

La CFD : une évolution de type boite à outils

Modélisation numérique des essais en soufflerie

La CFD offre de nombreux avantages par rapport aux essais en soufflerie. En plus de générer des simulations à l’échelle réelle (plutôt que des modèles à l’échelle réduite pour de nombreuses simulations physiques), elle fournit également des données complémentaires et permet de comparer pour un vent donné les vitesses de vent simultanément entre deux points. 

Il est possible de réaliser des études d’hydrologie, aéraulique ou thermique à différentes échelles : de la micro électronique aux études de bâtiments et villes. 

Les résultats peuvent être visualisés plus clairement et expliqué au plus grand nombre.

Simulation CFD du déplacement d'un métro dans une gare

La CFD : un panel très vaste d’application

Boite à outils qui permet :
  • Simuler l’écoulement d’un fluide autour ou à l’intérieur d’un corps
  • Etudier le confort au vent
  • Etude des charges aux vent
  Boite à outils thermique :
  • Etudier les échanges convectifs
  • Etudier les échanges conductifs
  • Etudier les échanges radiatifs
  Boite à outils multiphysique :
  • Visualiser la dispersion de polluants
  • Etudier le désenfumage
  • Etudier le déplacement de poussière, sable…
  • Etudier le déplacement d’objets, ventilateurs…
  Etude d’hydrologie
  • Ecoulement de fluides
  • Risque de submersion
  • Risque de pluie ou de neige

Ces méthodes permettent de résoudre un panel très vaste de problématiques que nous présenterons ici.

Exemples d'applications de la simulation CFD