Autodesk CFD : Simulation d’extraction des fumées dans une cage d’escalier

Dans ce billet, nous vous expliquions comment la simulation aéraulique peut aider dans l’optimisation des performances du bâtiment. Cet article va vous le démontrer !

Petit rappel : Le logiciel Autodesk CFD est l’outil de simulation thermique et de la dynamique des fluides permettant de prédire le comportement d’éléments et donc de pouvoir les optimiser. Dans le cadre de projets architecturaux, il sera très pratique de s’en servir comme une soufflerie virtuelle ou pour réaliser des études d’écoulement de fluides ou de gaz.

Ce billet va aborder l’extraction des fumées dans un cage d’escalier.

Présentation de l’exemple :

Le logiciel Autodesk CFD est un outil de simulation qui ne permet pas de modéliser. Il faut donc s’appuyer en amont sur un modeleur. Dans le cadre de l’étude, c’est le logiciel Autodesk Revit qui a été utilisé.

Vous trouvez ci-dessous la cage d’escalier composée de six niveaux, d’une trappe de désenfumage avec ventilateur au rez de chaussée et d’un exutoire de fumée au dernier étage.

Avant de procéder à l’export du modèle du logiciel Autodesk Revit au logiciel Autodesk CFD, il va falloir simplifier le modèle Revit et se cantonner aux données indispensables au logiciel de simulation, telles que :

Récupérer l’enveloppe intérieure de la cage d’escalier,
Supprimer les portes et le fenêtres,
…

Le travail de simplification réalisé, rendez-vous dans l’onglet « Complément » pour cliquer sur le bouton « Launch Active Model » afin d’envoyer le modèle directement dans le logiciel Autodesk CFD.

Les conditions limites :

Une fois le modèle importé automatiquement dans le logiciel Autodesk CFD, la première étape consiste à définir les conditions limites du modèle :

Zone de l’étude,
Les volumes où la fumée va évoluer,
La surface de départ de la fumée ainsi que ses caractéristiques (puissance du combustible, la durée de fonctionnement… voir image ci-dessous),

La zone de ventilation ainsi que ses caractéristiques (vitesse ou pression de l’air entrant, le temps de démarrage),

La surface d’extraction des fumées ainsi que ses caractéristiques (pression =0, le temps de son activation),

Le maillage éléments finis :

La deuxième étape consiste à générer un maillage éléments finis volumiques du modèle en 3D car il faut savoir que ce type de calcul impose de connaitre à chaque endroit les équations qui régissent les lois de la CFD. Le mailleur du logiciel est automatique et donne des indications sur de potentiels problèmes de maillage (d’où l’importance d’avoir un modèle « propre »).

Il nous reste à définir le type d’analyse que nous allons réaliser. Dans notre cas, il s’agira d’une analyse non linéaire transitoire sur un temps total de 9 minutes. L’aspect « transitoire » est induit par la simulation car nous voulons étudier l’évolution de la fumée au cours du temps, voici l’historique :

T0 = départ de la simulation,
T1 = 5 minutes = la fumée est arrêtée,
T2 = 6 minutes = activation du ventilateur et ouverture de l’exutoire de fumée,
T3 = 9 min = fin de la simulation.

Calculs et résultats :

Enfin, il nous reste à lancer la simulation. Il est possible de réaliser le calcul en local ou de déporter celui-ci sur le cloud.

Pour Information : le calcul a été réalisé en moins de 12 heures sur un PC portable.

Une fois le calcul terminé, vous pouvez visualiser le film de l’évolution de la fumée.

Conclusions :

Dans notre exemple, on peut prouver que l’on peut évacuer les fumées en trois minutes et en tirer les conclusions qui s’imposent vis-à-vis de la réglementation. Dans le cas, où le contrat n’est pas rempli (temps trop long), il sera possible de réaliser plusieurs autres simulations, comme par exemple :