Rendre visible l’invisible

Ce qui ne se voit pas peut tout de même être modélisé, ce qui donne aux équipes de Kiewit un nouvel éclairage sur le fonctionnement de systèmes complexes avant même le début des travaux.

Refroidir le nuage

Dans un centre de données, chaque degré compte. Au fil du temps, un faible écart de température peut entraîner des coûts énergétiques supplémentaires de plusieurs millions de dollars. Pour les équipes qui conçoivent des centres de données modernes, cela fait de la conception thermique une priorité dès les premières étapes, puisque les stratégies de refroidissement peuvent influencer la performance bien avant le début des travaux.

Alors que la demande de nouveaux centres de données augmente dans toute l’Amérique du Nord, ces décisions gagnent en importance. La façon dont l’air circule dans un bâtiment, la disposition des équipements et la conception des systèmes de refroidissement peuvent toutes avoir une incidence sur la fiabilité et les coûts au fil du temps.

La chaleur et la circulation de l’air n’apparaissent pas sur un plan d’étage, mais elles jouent un rôle majeur dans la performance. L’air peut s’infiltrer par les interstices, contourner les équipements et faire recirculer l’air chaud évacué vers des endroits où il n’a pas sa place. Si elles ne sont pas prises en charge, ces difficultés peuvent faire augmenter la consommation d’énergie et limiter la performance au fil du temps.

Alors, comment refroidir le nuage lorsque la circulation de l’air à l’intérieur d’un centre de données n’est pas toujours facile à prévoir? La modélisation de la dynamique des fluides numérique fournit la réponse.

Qu’est-ce que la dynamique des fluides numérique?

ÉTAPE 1 La dynamique des fluides numérique aide les équipes à comprendre comment le transfert de chaleur influe sur l’écoulement des gaz ou des liquides dans un espace donné

ÉTAPE 2 Analyser l’incidence de ce mouvement sur le rendement, la sécurité et les facteurs de conception

ÉTAPE 3 Concevoir des systèmes plus efficaces, mieux pensés et plus fiables

Applications possibles

• Analyse des incendies et des fumées
• Centres de données
• Projets de captage du carbone
• Bassins d’évaporation
• Tunnels routiers et ferroviaires

• Installations de traitement des eaux usées
• Stations de pompage des effluents
• Dessableurs à vortex
• Génie chimique et des procédés

• Analyse des panaches
• Analyse des explosions
• Analyse du flottement des ponts
• Modélisation de l’écoulement du béton
• Échangeurs de chaleur
• Systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation des bâtiments

Transformer les flux d’air en informations utiles

Chez Kiewit, ce travail commence tôt afin d’anticiper les défis liés à l’écoulement de l’air. L’équipe interne de dynamique des fluides numérique de Kiewit Engineering Group Inc. utilise une modélisation numérique avancée pour montrer où des points chauds pourraient se former, comment l’air froid circule et quelles modifications de conception pourraient améliorer le rendement avant que les décisions clés ne soient arrêtées.

« Grâce à la dynamique des fluides numérique, nous pouvons tester virtuellement différentes configurations, de la hauteur des plafonds à la disposition des allées, et trouver la solution la plus efficace », a expliqué Will Fischer, ingénieur mécanique chez Kiewit.

En fait, dans un cas précis, la modélisation a montré qu’augmenter de cinq pieds la hauteur du plafond d’une salle de serveurs améliorait l’efficacité du refroidissement de la salle. Au fil du temps, de meilleures stratégies de circulation de l’air et de refroidissement peuvent réduire la consommation d’énergie et contribuer à réduire l’empreinte carbone globale d’une installation.

La modélisation effectuée en amont peut également aider les équipes à réduire le nombre d’équipements superflus, à mieux utiliser l’espace et à éviter des coûts de construction supplémentaires. Plafonds de 12 pieds Plafonds de 17 pieds La modélisation en dynamique des fluides numérique a montré que des plafonds plus hauts améliorent l’efficacité du refroidissement en permettant à l’air chaud de monter et de s’éloigner des équipements.

La science au cœur de la simulation

Grâce à la dynamique des fluides numérique, les ingénieurs créent un modèle 3D d’un espace, qu’il s’agisse d’une salle de serveurs, d’un tunnel ou d’un autre environnement complexe, et le divisent en millions de cellules numériques. Ils utilisent ensuite des équations fondées sur les lois de la physique pour prédire comment des fluides tels que l’air, la fumée ou le béton se déplaceront dans cet espace.

« Les gens pensent que c’est trop technique, mais en réalité, c’est une question de visibilité », a déclaré Baljinder Bassi, qui dirige l’équipe de dynamique des fluides numérique. « Une image vaut mille mots. Une vidéo en vaut un million. La dynamique des fluides numérique nous permet de montrer plutôt que de simplement le dire. »

M. Bassi cumule près de 30 ans d’expérience en dynamique des fluides numérique et a dirigé les efforts visant à développer cette capacité à l’interne chez Kiewit, en créant l’équipe de modélisation de l’entreprise en 2020.

La performance de l’outil dépend des personnes qui l’utilisent. M. Bassi a expliqué que l’élaboration adéquate du modèle ne constituait qu’une partie du travail. Ce qui rend ce travail utile, c’est la capacité à interpréter les résultats et à les appliquer à un projet concret.

« Mon équipe possède une expertise pointue en génération de maillages, en simulation numérique et dans les phénomènes physiques propres à chaque problème », a déclaré M. Bassi.

Cette expertise permet à l’équipe de créer des modèles détaillés qui évoluent avec la conception et aident les équipes de projet à prendre des décisions éclairées, de l’élaboration de l’offre jusqu’à la livraison.

Un éventail de marchés plus vaste, la même expertise

Alors que la dynamique des fluides numérique contribue à améliorer la circulation de l’air dans les centres de données, elle remplit une fonction différente dans les réseaux de transport souterrains : protéger les personnes en cas d’urgence.

« Nous utilisons la dynamique des fluides numérique pour comprendre comment la fumée se comportera dans un tunnel ou une station en cas d’incendie », a déclaré M. Bassi. « L’objectif est de contribuer à maîtriser cette fumée de manière à assurer la protection des personnes et à leur offrir une voie d’évacuation plus sûre. »

En cas d’incendie, les systèmes de ventilation sont conçus pour acheminer de l’air frais vers les zones sécuritaires tout en éloignant la fumée des voies d’évacuation. Grâce à la dynamique des fluides numérique, l’équipe peut modéliser comment la fumée montera, où elle s’accumulera et comment l’air peut être déplacé pour maintenir les voies d’évacuation dégagées.

La même approche est appliquée aux systèmes de captage du carbone, aux infrastructures hydrauliques et même à la mise en place du béton.

Dans le cadre d’un projet récent, l’équipe a été chargée de modéliser comment le béton s’écoulerait dans un moule en acier hermétique, où il était impossible d’observer les conditions pendant la mise en place.

« Dans ce cas, le client ne pouvait pas voir l’intérieur du moule pendant le coulage », a déclaré M. Bassi. « Ils voulaient savoir si des poches d’air se formeraient et si le béton remplirait entièrement l’espace. »

L’équipe a créé un modèle numérique et prédit où des vides se formeraient. Lorsque l’équipe de projet a ensuite testé le même scénario à l’aide de modèles physiques, les résultats correspondaient aux prévisions.

C’était la première fois que l’équipe appliquait la dynamique des fluides numérique de cette façon à un projet réel, ouvrant la voie à de nouvelles applications permettant de rendre visible l’invisible. Pour les clients, cela signifie pouvoir prendre de meilleures décisions plus tôt, avoir moins de surprises et disposer de systèmes qui fonctionnent comme prévu dès le premier jour.

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