Ventilateurs à flux transversal et ventilateurs à flux axial

1. Ventilateur à flux traversant
Le ventilateur à flux traversant, également appelé ventilateur axial, est composé d'une roue, d'un carter en spirale et d'une lame de guidage. La roue est cylindrique à plusieurs pales ; une partie de celle-ci est ouverte, tandis que l'autre partie est entourée par le carter en spirale. Ce carter ne comporte pas d'entrées d'air sur ses deux côtés, contrairement aux ventilateurs centrifuges. Lorsque la roue tourne, le flux d'air pénètre par le côté ouvert à travers le maillage des pales, traverse l'intérieur de la roue puis ressort par l'autre côté du maillage pour s'écouler dans le carter en spirale, formant ainsi le flux d'air fonctionnel. Le flux d'air à l'intérieur de la roue est assez complexe, et le champ de vitesse du flux est instable à l'intérieur de la roue. Des observations montrent qu'il existe des tourbillons à l'intérieur de la roue.

Le centre du tourbillon est situé à proximité de la lame de la palette. La présence du tourbillon engendre un écoulement circulaire à l'extrémité de sortie de la roue, tandis qu'à l'extérieur du tourbillon, les lignes de courant de l'air à l'intérieur de la roue présentent une forme en arc. Par conséquent, la vitesse d'écoulement du gaz n'est pas uniforme en chaque point de la périphérie de la roue : plus on s'approche du centre du tourbillon, plus la vitesse augmente ; à mesure qu'on se rapproche de la volute, la vitesse diminue. À la sortie du ventilateur, la vitesse et la pression de l'air sont homogènes, et les coefficients de débit et de pression du ventilateur correspondent à des valeurs moyennes.

La position du tourbillon influence de manière significative les performances d'un ventilateur à flux croisé. Lorsque le centre du tourbillon se trouve près du cercle intérieur de la roue et proche de la languette, les performances du ventilateur sont meilleures. En revanche, si le centre du tourbillon s'éloigne de la languette, la zone de circulation en boucle augmente, ce qui entraîne une baisse de l'efficacité du ventilateur et une instabilité du débit. La forme de la coque, la position de la languette ainsi que la différence de pression à l'entrée et à la sortie du ventilateur exercent une influence notable sur la position du centre du tourbillon ; actuellement, on détermine principalement par expérience la gamme optimale pour chaque dimension.

Comme le montre la courbe des caractéristiques du ventilateur à flux croisé illustrée ci-dessous, le rapport entre les pressions dynamique et statique est plus élevé à débit plus important. Lorsque le diamètre du ventilateur est réduit, il est possible de générer un débit plus élevé. Étant donné que la courbe de pression statique présente une forme en bosse, des régimes de fonctionnement instables peuvent survenir à faible débit.

2. Ventilateur axial
Dans un ventilateur centrifuge, le flux d'air à l'intérieur de la roue est radial, tandis que dans un ventilateur axial, le flux d'air circule axialement à l'intérieur de la roue. Un ventilateur axial est composé d'un carter de guidage, d'une roue, de pales de guidage, d'un élément de redressement, d'un collecteur et d'un diffuseur. La roue, en tournant, devient le rotor, tandis que les autres éléments restent fixes. En fonctionnement, le flux d'air pénètre par le collecteur, acquiert de l'énergie en passant à travers la roue, puis s'écoule vers les pales de guidage, où il est converti en écoulement axial. Enfin, grâce au diffuseur, une partie de l'énergie cinétique du flux axial est transformée en énergie de pression statique. Après avoir quitté le diffuseur, le flux d'air pénètre dans la canalisation.

En étendant le contour de la roue et des aubes de guidage le long d'un rayon R donné, on obtient un ensemble de maillages plans d'aubes, comme illustré sur la figure suivante. La forme du maillage d'aubes influence le débit, la pression et l'efficacité du ventilateur, ce qui en fait un aspect crucial dans la conception du ventilateur.
La courbe de performance d'un ventilateur axial est semblable à celle d'un ventilateur centrifuge et peut également être représentée par des courbes dimensionnelles et sans dimension. Toutefois, même au sein d'une même série ayant un numéro de machine uniforme, les courbes de performance peuvent varier en raison des différences dans l'angle d'installation des pales.

3. Test de performance du ventilateur
Les ventilateurs utilisés dans les machines agricoles sont de divers types ; certains d'entre eux ne font pas encore l'objet d'une série standardisée, et il est même possible qu'on ne trouve aucun modèle de ventilateur adapté. Dans ce cas, il est nécessaire de recourir à des calculs théoriques pour effectuer la conception. En raison de l'imprécision inhérente aux conceptions théoriques, il est généralement indispensable de procéder à des essais expérimentaux afin d'apporter les corrections nécessaires, ce qui rend les travaux de test des ventilateurs extrêmement importants.

Les essais des performances aérodynamiques des ventilateurs peuvent être classés en mesures sur site et essais en dispositif expérimental. Les mesures sur site consistent à évaluer les performances aérodynamiques dans l'environnement d'utilisation réel ; en raison des conditions intérieures et de mesure, ces mesures sont souvent difficiles à réaliser avec précision. Toutefois, la mesure des performances des ventilateurs déjà installés est relativement plus pratique.

1. Équipement de test des performances des ventilateurs
Les équipements de test couramment utilisés comprennent les dispositifs d'admission, d'échappement et les dispositifs combinés d'admission et d'échappement ; leur choix dépend des conditions réelles de fonctionnement du ventilateur. Par exemple, lorsque le ventilateur est utilisé avec une conduite d'admission, on peut recourir à un équipement de test d'admission ; lorsqu'il est utilisé avec une conduite d'échappement, on utilise un équipement de test d'échappement ; si le ventilateur est doté de longues conduites de travail tant du côté admission que du côté échappement, il convient alors de choisir un équipement de test combiné d'admission et d'échappement. Étant donné la simplicité et la commodité des équipements de test d'admission, la plupart des expérimentateurs ont pour habitude d'utiliser ce type d'équipement pour tester les performances des ventilateurs.

2. Méthode de détermination des paramètres fondamentaux du ventilateur
Les paramètres fondamentaux des courbes caractéristiques des gaz pour les ventilateurs comprennent le débit, la pression, la puissance consommée et le rendement. Le débit est mesuré à l'aide d'un collecteur de débit, qui peut être de forme arquée ou conique ; ses parois comportent des orifices permettant de mesurer la pression statique. En l'absence de pertes, la pression dynamique et la pression statique à la section j-j sont égales.