Vibroacoustique d’une structure périodique de type batterie à ailettes

Résumé et principaux résultats

Article présenté au 10ème Congrès Français d'Acoustique (CFA) - Lyon 12-16 avril 2010

La prédiction du bruit rayonné par les pompes à chaleur nécessite maintenant la connaissance du comportement vibroacoustique des échangeurs de chaleur de type batterie à ailettes. La modélisation de ce genre de structure avec les méthodes numériques classiques - FEM et BEM - est pratiquement impossible du fait du nombre gigantesque d'éléments requis (près de 600 ailettes par mètre). Cependant, les batteries à ailettes étant constituées d'une succession d'ailettes parallèles identiques, elles peuvent être considérées comme des structures périodiques. L'objectif est alors d'exploiter cette périodicité afin de pouvoir prédire leur comportement vibroacoustique avec des temps de calcul raisonnables, et ce quel que soit le nombre d'ailettes mises en jeu. D'un point de vue vibratoire, la batterie à ailettes est modélisée en dupliquant un même élément unitaire avec le théorème de Floquet-Bloch. Cette formulation permet de décrire la propagation des vibrations dans la structure sous la forme d'une décomposition en ondes : les déplacements en tout point de la batterie sont calculés à partir des déplacements de l'élément unitaire pour chacune des ondes se propageant dans la structure. Pour la partie acoustique, un élément unitaire acoustique est défini et son rayonnement acoustique est calculé. Le bruit rayonné par l'ensemble de la batterie est obtenu en dupliquant le champ de pression de l'élément unitaire, en tenant compte des ondes se propageant dans la structure. La validation numérique sur une petite batterie à ailettes montre des résultats similaires entre le calcul direct et celui issu de l'approche périodique, avec une réduction très importante des temps de calcul pour cette dernière, le nombre d'ailettes n'intervenant que comme paramètre. De plus, cette approche permet une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu au sein de la batterie à ailettes.