Vibroacoustic modelling of a periodic assembly of multi-coupled fins based on wave decomposition (article Acta-Acustica vol.99)

Résumé et principaux résultats

Article paru dans ACTA ACUSTICA / Vol. 99 (2013) pp. 208 - 217 / DOI 10.3813/AAA.918604
Abstract: The prediction of the noise radiated by finned coils is necessary to design silent heat pumps. Finned coils are made of a huge number of parallel fins multi-coupled by tubes. Modelling the complete structure using Finite and Boundary Element Methods is practically impossible due to very-high computational costs. It seems thus relevant to exploit the periodicity of the structure to get a small-sized model independent of the number of fins. In this paper, the finned coil is reduced to a finite assembly of fins multi-coupled by springs. Using the transfer matrix formulation, the structure is divided into unit elements and propagating waves are identified. The main feature of the approach presented here is to use these waves to compute the acoustic response of the complete periodic structure from the acoustic response of only one unit element. For this purpose, the acoustic pressure radiated by the unit element is computed for each wave travelling in the structure using standard BEM software. The pressure fields are then duplicated according to the phase difference of each wave and all waves contributions are finally summed. A numerical comparison with the direct computation of a complete assembly with FEM and BEM showed a great accuracy with a low computational effort. This approach allows to consider finite structures made of numerous fins without a huge increase of calculation time.
Résumé : La prédiction du bruit rayonné par des bobines à ailettes est nécessaire pour concevoir des pompes à chaleur silencieuses. Des batteries à ailettes faites d'un grand nombre d'ailettes parallèles multi-couplées par des tubes. La modélisation de la structure complète en utilisant la méthode des éléments finis (FEM) ou des éléments finis de frontière (BEM) est pratiquement impossible en raison des coûts de calcul très hauts. Il semble donc pertinent pour exploiter la périodicité de la structure d'obtenir un modèle de petite taille, indépendamment du nombre d'ailettes. Dans cet article, la batterie à ailettes est réduite à un ensemble fini de multi-ailettes couplées à des ressorts. En utilisant une matrice de transfert, la structure est divisée en éléments unitaires et les ondes se propageant sont identifiés. La principale caractéristique de l'approche présentée ici est d'utiliser ces ondes pour calculer la réponse acoustique de la structure complète périodique à partir de la réponse acoustique d'un seul élément unitaire. A cet effet, la pression acoustique rayonnée par l'élément de base est calculée pour chaque onde se propageant dans la structure en utilisant un logiciel de BEM standard. Les champs de pression sont ensuite dupliqués en fonction de la différence de phase de chaque onde, et toutes les contributions des ondes sont finalement sommées. Une comparaison numérique avec le calcul direct d'un assemblage complet avec les méthodes FEM et BEM a montré une grande précision avec un effort de calcul faible. Cette approche permet d'envisager des structures finies faites de nombreuses ailettes sans une augmentation considérable des temps de calcul.

Commissions

MFCE - Matériel Frigorifique; Conditionnement d'air; Echangeurs

Thème

Acoustique générale et vibroacoustique

Mots-clés

Acoustique, Echangeurs, Echangeurs à ailettes, Modélisation, Vibrations

Auteurs

BESSAC François, GOSSE Guillaume