Brevet FR2976984A1 — publié le 20121228

CONDUIT À GÉNÉRATEUR(S) DE VORTEX POUR LIMITER LE BRUIT L'invention concerne les conduits dans lesquels peut circuler un fluide et qui comprennent une paroi interne ayant une zone située en amont d'une singularité. On notera que les conduits concernés par l'invention peuvent faire partie de n'importe quel système, installation ou dispositif dans lequel circule un fluide, et en particulier un gaz (comme par exemple de l'air). Par conséquent, l'invention concerne notamment et non limitativement les installations de climatisation, les installations de refroidissement de batterie(s), les installations de ventilation, les collecteurs de gaz d'échappement de véhicules, les radiateurs, et les installations ou réseaux de transport de gaz ou de produits pétroliers. On entend ici par « singularité » une zone de conduit ou d'aérateur ou encore de diffuseur qui, de par son agencement, est propre à induire en aval d'elle un décollement (ou éloignement) du fluide par rapport à la paroi interne. Il s'agit donc d'une zone présentant un changement de courbure de type continu, comme par exemple un coude, ou de type discontinu, comme par exemple une marche (résultant éventuellement d'un élargissement brutal, continu ou discontinu, de section). Ce décollement résulte de l'existence au niveau d'une singularité d'un gradient de pression (dit « adverse ») qui tend à éloigner le fluide de la paroi interne et qui entre en compétition avec la force d'inertie du fluide qui est proportionnelle à sa vitesse et qui tend à plaquer le fluide contre cette même paroi interne. L'amplitude du décollement dépend donc de la somme vectorielle du gradient de pression et de la force d'inertie. On comprendra, d'une part, que plus le changement de courbure est marqué plus le gradient de pression est fort, et, d'autre part, que plus la vitesse du fluide est faible moins sa force d'inertie est forte. Le décollement précité du fluide induit en aval de la singularité une espèce de tourbillon (parfois appelé « bulle de recirculation ») qui induit à son tour une perte de charge et des fluctuations de la vitesse de circulation du fluide qui sont à l'origine de bruits aérauliques qui peuvent s'avérer gênants. Les pertes de charge cumulées au sein d'une installation (chargée de délivrer un fluide (éventuellement traité)) influent directement sur le point de fonctionnement de l'élément propulseur qui est chargé d'alimenter cette installation en fluide. Or, le niveau du bruit qui est généré par l'élément propulseur dépend directement de son point de fonctionnement. Par conséquent, plus le point de fonctionnement de l'élément propulseur est élevé, plus cet élément propulseur va générer de bruit. Ce dernier se propage en partie dans les conduits et diffuseurs de l'installation. De plus, l'alimentation en fluide (écoulements turbulents, décollements) induit des sources de bruit supplémentaire. On comprendra que ces bruits peuvent constituer une gêne pour les personnes qui se trouvent situées dans une pièce ou un habitacle de véhicule qui est alimenté(e) en air par une installation de ventilation ou de chauffage ou encore de climatisation du type de celle précitée. Un raisonnement similaire s'applique également et notamment aux conduits des collecteurs de gaz d'échappement des véhicules et aux conduits des radiateurs (éventuellement de véhicule). Afin de limiter le niveau sonore du bruit qui est généré par une installation du type de celle précitée, il est possible d'optimiser la forme des conduits. Mais, cela n'est pas toujours possible, notamment lorsque l'encombrement est important. Il est également possible d'intégrer des mousses acoustiques dans les conduits des installations. Mais, cela s'avère relativement onéreux et peut induire des pertes de charge et/ou des fluctuations de la vitesse de circulation du fluide. L'invention a donc pour but d'améliorer la situation en réduisant autant que possible les décollements de fluide qui sont induits par des singularités d'installations, de dispositifs ou de systèmes. Elle propose plus précisément à cet effet un conduit dans lequel peut circuler un fluide et qui comprend une paroi interne ayant une zone située en amont d'une, ou comprenant une, singularité et dans laquelle sont installés des moyens de génération de vortex qui sont agencés pour induire au niveau de la singularité une augmentation de la vitesse moyenne du fluide au voisinage de la paroi interne, de manière à réduire l'amplitude du décollement. On comprendra que les vortex vont, d'une part, faire remonter une première partie du fluide qui circule le long de la paroi interne du conduit et donc qui présente la vitesse la plus faible, et, d'autre part, faire descendre vers la paroi interne une seconde partie du fluide qui circule dans une partie un peu plus centrale de ce conduit et donc présente une vitesse plus élevée que celle de la première partie. Il en résulte une augmentation de la vitesse moyenne du fluide au voisinage de la paroi interne, et donc une augmentation de la force d'inertie qui plaque le fluide contre la paroi interne, et finalement une réduction de l'amplitude du décollement du fluide qui se traduit par une diminution du bruit aéraulique induit par la singularité du fait de la réduction de la perte de charge et des fluctuations de la vitesse de circulation du fluide. Le conduit selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - dans un premier mode de réalisation, ses moyens de génération de vortex peuvent être du type dit à lame(s) ; - ses moyens de génération de vortex peuvent comprendre au moins un élément tridimensionnel dont la forme est choisie parmi (au moins) un rectangle, un triangle, un trapèze, un coin, un chevron (ou bréchet) et un double chevron (éventuellement plein); - ses moyens de génération de vortex peuvent comprendre au moins une paire d'éléments tridimensionnels dans laquelle les deux éléments tridimensionnels présentent des désorientations qui sont opposées par rapport à la direction moyenne de circulation du fluide dans la zone (orientations convergentes ou divergentes), de manière à générer des vortex qui tournent selon des sens opposés. En variante, ses moyens de génération de vortex peuvent comprendre au moins une paire d'éléments tridimensionnels dans laquelle les deux éléments tridimensionnels présentent une même désorientation par rapport à la direction moyenne de circulation du fluide dans la zone (orientations parallèles entre elles), de manière à générer des vortex qui tournent selon un même sens ; - dans un second mode de réalisation, ses moyens de génération de vortex peuvent être du type dit à cylindre(s) ; - ses moyens de génération de vortex peuvent comprendre au moins deux éléments tridimensionnels de forme cylindrique (pas nécessairement circulaire) et dont l'axe est sensiblement perpendiculaire à la paroi interne, de manière à générer des vortex en forme de « fer à cheval ». L'invention propose également une installation de climatisation comprenant au moins un conduit du type de celui présenté ci-avant. 1 o L'invention propose également une installation de refroidissement de batterie(s) comprenant au moins un conduit du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant une installation de climatisation du type de celle 15 présentée ci-avant et/ou une installation de refroidissement de batterie(s) du type de celle présentée ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : 20 - la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en coupe longitudinale, une partie d'un premier conduit comprenant une extrémité équipée de moyens de génération de vortex selon l'invention et raccordée à une extrémité d'une partie d'un second conduit comportant une singularité en forme de coude, 25 - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe longitudinale, une partie d'un conduit comprenant une partie intermédiaire comportant une singularité en forme de marche et précédée par une zone équipée de moyens de génération de vortex selon l'invention, - la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une 30 extrémité de conduit comprenant une zone équipée d'un premier exemple de réalisation de moyens de génération de vortex comprenant cinq paires d'éléments perturbateurs de type lame, - la figure 4 illustre schématiquement, dans une vue en coupe transversale du côté aval, des exemples de vortex générés par l'une des paires d'éléments perturbateurs du conduit de la figure 3, - la figure 5 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une extrémité de conduit comprenant une zone équipée d'un second exemple de réalisation de moyens de génération de vortex comprenant douze éléments perturbateurs de type cylindrique, et - la figure 6 illustre schématiquement, dans une vue en coupe transversale du côté aval, des exemples de vortex générés par deux éléments perturbateurs du conduit de la figure 5. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour but d'offrir un conduit (C) comprenant au moins une singularité (S), ou destiné à être installé juste avant une singularité (S), et agencé de manière à limiter (voire supprimer) le décollement de fluide induit par cette singularité. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le conduit (C) est destiné à faire partie d'une partie d'une installation de climatisation qui est dédiée à la distribution d'air (traité) au sein d'un habitacle de véhicule (éventuellement de type automobile). Mais, l'invention n'est pas limitée à cette application. En effet, le conduit (C) peut faire partie de n'importe quel système, installation ou dispositif dans lequel circule un fluide (liquide ou gazeux). Ainsi, il pourra également et notamment faire partie d'une installation de chauffage et/ou climatisation d'habitation(s), d'une installation de refroidissement de batterie(s), d'une installation de ventilation, d'un collecteur de gaz d'échappement, d'un radiateur, ou d'un réseau (ou installation) de transport de gaz ou de produits pétroliers. On a schématiquement représenté sur la figure 1 une partie d'un premier conduit C comprenant une extrémité raccordée à une extrémité d'une partie d'un second conduit C' comportant une singularité en forme de coude. Il est rappelé que l'on entend ici par « singularité » une zone de conduit ou d'aérateur ou encore de diffuseur qui présente un changement de courbure, de type continu, comme par exemple un coude (voir figure 1), ou de type discontinu, comme par exemple une marche (voir figure 2), et qui induit en aval un décollement (ou éloignement) du fluide par rapport à la paroi interne PI. On notera que la singularité S ne fait pas obligatoirement partie du conduit C objet de l'invention. Ainsi, dans le premier exemple de réalisation illustré sur la figure 1, c'est le second conduit C' qui comprend la singularité S (ici un coude), alors que la partie du premier conduit C illustrée ne comprend pas de singularité mais est conforme à l'invention. En revanche, dans le second exemple de réalisation illustré sur la figure 2, l'unique conduit C comprend une partie intermédiaire comportant une singularité S (ici une marche définissant un élargissement de section) et est conforme à l'invention. Un conduit C selon l'invention comprend une paroi interne PI qui, d'une part, délimite une cavité interne dans laquelle peut circuler un fluide (ici un gaz), et, d'autre part, comporte au moins une zone Z qui, d'une part, est située en amont d'une singularité S (cas de la figure 1), ou bien comprend une singularité S (cas de la figure 2), et, d'autre part, est pourvue de moyens de génération de vortex MG qui sont agencés pour induire au niveau de cette singularité S une augmentation de la vitesse moyenne du fluide au voisinage de ladite paroi interne PI, de manière à réduire l'amplitude du décollement du fluide. Les moyens de génération de vortex MG sont solidarisés à la paroi interne PI dans la zone Z. Ils sont donc placés soit juste avant une singularité S (c'est-à-dire à une distance comprise entre environ quelques millimètres et quelques centimètres pour des applications de type installation de climatisation, ou entre un et plusieurs mètres pour le transport de gaz ou de produit pétrolier - la distance dépend en fait des dimensions du conduit de transport de fluide), comme dans l'exemple de la figure 1, soit dans la singularité S, comme dans l'exemple de la figure 2. Les notions « d'aval » et « d'amont » doivent être considérées par rapport au sens F de circulation du fluide dans le conduit C. Par exemple, dans le cas de la figure 1, la zone Z du premier conduit C est située en amont de la singularité S du second conduit C' du fait qu'elle est traversée par le fluide avant qu'il n'atteigne ladite singularité S. Chaque vortex généré par les moyens de génération de vortex MG se présente sous la forme d'un tourbillon à composante axiale (c'est-à-dire aligné suivant l'axe du conduit) qui, du fait qu'il tourne dans un sens, fait remonter une première partie du fluide (parfois appelée « couche limite » car elle présente la vitesse la plus faible) qui circule le long de la paroi interne PI et fait descendre vers cette même paroi interne PI une seconde partie du fluide circulant au-dessus de la couche limite et donc présentant une vitesse plus élevée que celle de la couche limite. Ce double mécanisme (remontée-descente) provoque une augmentation de la vitesse moyenne du fluide au voisinage de la paroi interne PI, et donc une augmentation de la force d'inertie qui plaque le fluide contre la paroi interne PI. La force d'inertie contrebalançant plus fortement le gradient de pression, l'amplitude du décollement du fluide par rapport à la paroi interne PI est donc réduite (voire rendue sensiblement nulle). En d'autres termes, le fluide est mieux plaqué contre la paroi interne en aval de la zone Z, comme cela est matérialisé par la flèche en pointillés F' des figures 1 et 2, ce qui permet de réduire la perte de charge et les fluctuations de la vitesse de circulation du fluide, et donc de diminuer (voire supprimer) le bruit aéraulique qui est induit par la singularité S. Les moyens de génération de vortex MG peuvent être réalisés de différentes façons, et en particulier selon deux familles différentes. Une première famille regroupe les moyens de génération de vortex MG du type dit à lame(s) ou à aile(s) (ou en anglais « Blade Vortex Generators »). Dans ce cas, les moyens de génération de vortex MG comprennent au moins un élément perturbateur D de type tridimensionnel (ou 3D) et dont la forme est choisie parmi au moins un rectangle (éventuellement un carré et éventuellement avec au moins un coin arrondi), un triangle (éventuellement rectangle), un trapèze (ayant éventuellement au moins un coin arrondi), un coin ou une cale (c'est-à-dire avec une face supérieure (libre) inclinée, ayant éventuellement une forme générale triangulaire ou trapézoïdale, et connu sous le nom anglais « wedge »), un chevron ou bréchet (ou en anglais « wishbone »), et un double chevron (éventuellement plein - ou en anglais « wheeler »). On notera qu'afin d'optimiser la réduction du décollement il est avantageux que les moyens de génération de vortex MG de cette première famille comprennent au moins une paire d'éléments perturbateurs tridimensionnels E. Il est encore plus avantageux que les deux éléments perturbateurs tridimensionnels E présentent des désorientations qui sont opposées par rapport à la direction moyenne F de circulation du fluide dans la zone Z, comme c'est le cas dans l'exemple illustré sur les figures 3 et 4. On notera que les orientations des éléments peuvent être convergentes ou divergentes. Ainsi, chaque paire génère deux vortex V1 et V2 qui tournent selon des sens opposés, comme c'est le cas dans l'exemple illustré sur la figure 4. On notera que dans la zone qui est située entre les deux vortex V1 et V2, générés par une paire, la seconde partie du fluide est contrainte de descendre vers la paroi interne PI par ces deux vortex V1 et V2 du fait que leurs sens de rotation respectifs sont opposés, ce qui permet d'augmenter la force d'inertie de l'écoulement et donc de mieux plaquer le fluide contre la paroi interne PI. Dans une variante de réalisation, les deux éléments perturbateurs tridimensionnels E de chaque paire peuvent présentent une même désorientation par rapport à la direction moyenne F de circulation du fluide dans la zone Z. Les éléments sont donc ici parallèles entre eux. Dans ce cas, les deux vortex qui sont générés par les deux éléments perturbateurs tridimensionnels E de chaque paire tournent selon un même sens, et donc on n'obtient pas d'amplification du mécanisme de plaquage du fluide contre la paroi interne PI. On notera que lorsque les moyens de génération de vortex MG ne comprennent en un endroit d'une zone Z qu'un seul élément perturbateur tridimensionnel E de forme triangulaire ou trapézoïdale, il est préférable qu'il soit désorienté par rapport à la direction moyenne F de circulation du fluide dans cette zone Z. On notera également que lorsque les moyens de génération de vortex MG comprennent en un endroit d'une zone Z au moins un élément perturbateur tridimensionnel E de type coin (ou wedge), son côté le plus effilé et le plus haut peut être celui qui est attaqué en premier par le fluide. Cela peut favoriser la formation d'un vortex adapté au recollement, dans certains cas. On notera également que lorsque les moyens de génération de vortex MG comprennent en un endroit d'une zone Z au moins un élément perturbateur tridimensionnel E de type chevron (ou wishbone), ou de type double chevron plein (ou wheeler), sa pointe centrale peut être celle qui est la plus haute et qui est la dernière à recevoir le fluide. Cela peut favoriser la formation d'un vortex adapté au recollement, dans certains cas. On notera également que dans l'exemple de réalisation non limitatif illustré sur la figure 3, les moyens de génération de vortex MG comprennent sur seulement l'un des quatre côtés de la zone Z cinq paires d'éléments perturbateurs tridimensionnels E (ici en forme de lames ou ailes trapézoïdales). Mais, les moyens de génération de vortex MG pourraient comprendre plus ou moins de cinq paires, et leurs paires pourraient être définies sur un ou plusieurs côtés. Le nombre de paires utilisées et le nombre de côtés concernés dépendent en effet principalement de la géométrie de la singularité, du type du fluide et de la vitesse de l'écoulement. Une seconde famille regroupe les moyens de génération de vortex MG du type dit à cylindrie(s) (ou en anglais « Cylindrical Vortex Generators »). Dans ce cas, les moyens de génération de vortex MG comprennent au moins un élément perturbateur D de type tridimensionnel (ou 3D) et dont la forme est cylindrique. Chaque cylindre E ne présente pas nécessairement une section circulaire comme c'est le cas dans l'exemple non limitatif des figures 5 et 6. En effet, cette section peut présenter d'autres formes (de préférence géométriques et simples), comme par exemple ovale ou elliptique, demi- circulaire ou encore à section carrée. Par ailleurs, l'axe de chaque cylindre E est préférentiellement perpendiculaire à la surface de la paroi interne PI sur laquelle est défini ce cylindre E de manière à générer un vortex V'1 ou V'2 en forme de « fer à cheval », comme illustré sur la figure 6. On notera qu'afin d'optimiser la réduction du décollement il est avantageux que les moyens de génération de vortex MG de cette seconde famille comprennent au moins deux éléments perturbateurs tridimensionnels E voisins. Ainsi, la partie « droite » d'un premier vortex V'1, générée par un cylindre E et tournant selon un premier sens, se retrouve placée à côté de la 9 partie « gauche » d'un second vortex V'2, générée par le cylindre E voisin et tournant dans un second sens opposé au premier sens, et dans le même temps les première et seconde parties d'un même vortex V'1 ou V'2 tournent respectivement selon les premier et second sens. Par conséquent, dans la zone qui est située entre la partie droite d'un premier vortex V'1 et la partie gauche d'un second vortex V'2 la première partie du fluide (ou couche limite) est contrainte de s'écarter de la paroi interne PI (flèche F1) alors que dans chaque zone située entre les première et seconde parties d'un même vortex V'1 ou V'2 la seconde partie du fluide est contrainte de descendre vers la paroi interne PI (flèche F2), ce qui permet d'obtenir à la fois une amplification du mécanisme de descente et une amplification du mécanisme de montée. On notera également que dans l'exemple de réalisation non limitatif illustré sur la figure 5, les moyens de génération de vortex MG comprennent sur seulement l'un des quatre côtés de la zone Z douze éléments perturbateurs tridimensionnels E (ici en forme de cylindre à section circulaire). Mais, les moyens de génération de vortex MG pourraient comprendre plus ou moins de douze éléments perturbateurs tridimensionnels E, et ces derniers (E) pourraient être définies sur un ou plusieurs côtés. Le nombre d'éléments perturbateurs tridimensionnels E utilisés et le nombre de côtés concernés dépendent en effet principalement de la géométrie de la singularité, du type du fluide et de la vitesse de l'écoulement. Il est important de noter que les dimensions des éléments perturbateurs tridimensionnels E des deux familles dépendent principalement de l'épaisseur de la couche limite (ou première partie) du fluide qui circule dans le conduit C. A titre d'exemple illustratif, et non limitatif, lorsque le conduit C présente un diamètre compris entre environ 5 cm et environ 10 cm et qu'un gaz circule dedans, ses éléments perturbateurs tridimensionnels E peuvent présenter une plus grande hauteur H comprise entre environ 0,5 mm et environ 5 cm et une longueur comprise entre environ 0,5*H et 3*H dans le cas d'une appartenance à la première famille, ou bien une hauteur H comprise entre environ 0,5 mm et environ 5 cm et un plus grand diamètre compris entre environ 0,5 mm et 2 cm dans le cas d'une appartenance à la seconde famille. On notera que les dimensions précitées pourraient être Il encore plus petites, mais cela pose des problèmes de réalisation et pourrait éventuellement bloquer au moins partiellement l'écoulement en partie haute. Par ailleurs, pour ces mêmes conduits C, la distance séparant les centres d'éléments perturbateurs tridimensionnels E voisins peut être comprise entre environ 0,5 cm et environ 5 cm, quelle que soit la famille. On notera également que les éléments perturbateurs E peuvent être soit rapportés sur la paroi interne PI (par exemple par collage dans la zone Z en au moins un endroit approprié), soit définis en même temps que la paroi interne PI (par exemple par moulage d'une matière plastique ou synthétique). Zo L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de conduit, d'installation de climatisation, d'installation et de véhicule décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Conduit (C) dans lequel peut circuler un fluide et comprenant une paroi interne (PI) ayant une zone (Z) située en amont d'une, ou comprenant une, singularité (S) propre à induire en aval d'elle un décollement dudit fluide de la paroi interne (PI), caractérisé en ce qu'il comprend sur ladite paroi interne (PI), dans ladite zone (Z), des moyens de génération de vortex (MG) agencés pour induire au niveau de ladite singularité (S) une augmentation de la vitesse moyenne dudit fluide au voisinage de ladite paroi interne (PI), de manière à réduire l'amplitude dudit décollement. 2. Conduit selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de vortex (MG) sont du type dit à lame(s). 3. Conduit selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de vortex (MG) comprennent au moins un élément tridimensionnel dont la forme est choisie dans un groupe comprenant au moins un rectangle, un triangle, un trapèze, un coin, un chevron et un double chevron. 4. Conduit selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de vortex (MG) comprennent au moins une paire d'éléments tridimensionnels dans laquelle les deux éléments tridimensionnels présentent des désorientations opposées par rapport à la direction moyenne de circulation dudit fluide dans ladite zone (Z), de manière à générer respectivement des vortex tournant selon des sens opposés. 5. Conduit selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de vortex (MG) comprennent au moins une paire d'éléments tridimensionnels dans laquelle les deux éléments tridimensionnels présentent une même désorientation par rapport à la direction moyenne de circulation dudit fluide dans ladite zone (Z), de manière à générer des vortex tournant selon un même sens. 6. Conduit selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de vortex (MG) sont du type dit à cylindre(s). 7. Conduit selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesditsmoyens de génération de vortex (MG) comprennent au moins deux éléments tridimensionnels de forme cylindrique et dont l'axe est sensiblement perpendiculaire à ladite paroi interne (PI), de manière à générer des vortex en forme de « fer à cheval ». 8. Installation de climatisation, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un conduit (C) selon l'une des revendications précédentes. 9. Installation de refroidissement d'au moins une batterie, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un conduit (C) selon l'une des revendications 1 à 7. 10. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une installation de climatisation selon la revendication 8 et/ou une installation de refroidissement selon la revendication 9. 11. Installation de transport de gaz ou de produits pétroliers, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un conduit (C) selon l'une des revendications 1 à 7.