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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Sound generation in aerodynamic flows with wake interaction = Geração de som em escoamentos aerodinâmicos com interação entre esteiras
Title Alternative: Geração de som em escoamentos aerodinâmicos com interação entre esteiras
Author: Backes, Bruno, 1990-
Advisor: Wolf, William Roberto, 1980-
Abstract: Resumo: Predições aero-acústicas de um problema modelo de ruído de airframe são conduzidas de modo a investigar os efeitos da interação entre esteiras de vórtices na geração de ruído e no escoamento aerodinâmico. Simulações bidimensionais de escoamentos não estacionários em baixo número de Reynolds, incluindo a geração e sua subsequente propagação de ruído, são realizadas primeiramente para uma configuração com um cilindro posicionado acima de um aerofólio NACA0012 à um ângulo de ataque de 5 graus, e em seguida é investigada uma configuração com um cilindro posicionado a montante de um aerofólio. A investigação das fontes de ruídos são apresentadas usando uma metodologia hibrida que consiste no calculo direto do escoamento para fontes próximas de paredes sólidas e a propagação do ruído utilizando a analogia acústica de Ffowcs Williams-Hawking (FW-H). Para a primeira configuração investigada, um cilindro é posicionado acima do aerofolio, variando o número de Mach em M? = 0.1, 0.3 e 0.5, para duas posições do cilindro. É observado que ocorre uma forte interferencia entre os dipolos do cilidro e do aerofólio para todas os casos analisados, ou seja, cada um dos corpos reflete o som proveniente do outro. Além disto, para escoamentos com números de Mach moderados, com interação entre esteiras de vórtices, fontes do tipo quadrupolo se tornam importantes para a predição acústica total, especialmente para radiação de ruído na direção do intradorso. De modo a investigar como a interação entre esteiras afeta a radiação de ruído, uma comparação entre o atual problema e um problema contendo um único cilindro é apresentado. Portanto, efeitos de compressibilidade e interação entre esteiras são de grande importância no presente problema modelo, e são indicados como responsáveis por um aumento significativo na radiação do ruído de quadrupolo. A segunda configuração investigada consiste em um problema envolvendo um cilindro posicionado a montante de um aerofólio. As presentes configurações de escoamento permitem o entendimento dos efeitos de escoamento perturbado batendo na superficie do aerofolio e sua subsequente radiação de ruído. Uma análise parametrica é conduzida variando a distância entre o centro do cilindro e o bordo de ataque do aerofólio, o diâmetro do cilindro e o número de Mach, que possui valores de M? = 0.1 e 0.3. Os resultados mostram que variação em cada um dos parâmetros tem grande impacto tanto no campo de escoamento como no campo acústico. Finalmente, análises de POD são conduzidas de modo a fornecer um entendimento detalhado dos mecanismos físicos envolvidos a geração do ruído de bordo de ataque

Abstract: Aeroacoustic predictions of model airframe noise problems are conducted in order to assess the effects of wake interaction on flow and acoustic fields. Two-dimensional simulations of unsteady low Reynolds number flows, including both noise generation and its subsequent propagation to the far field, are performed for a configuration composed of a cylinder placed above a NACA 0012 airfoil at 5 deg. angle of incidence and, also for a cylinder placed upstream the airfoil. The investigation of the noise sources is presented using a hybrid methodology which employs direct calculation for near field source computations and the Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) equation as the acoustic analogy formulation. For the first case investigated, an assessment of cylinder position and freestream Mach number effects on sound radiation is presented for M? = 0.1, 0.3 and 0.5. It is observed that intense interference among cylinder and airfoil dipoles occurs for all configurations analyzed. In this case, each body scatters the sound emitted by the other. In addition, for moderate Mach number flows with wake interaction, quadrupole sources become important to the total acoustic prediction, specially for the downward noise radiation. In order to investigate how wake interaction affects noise radiation, a comparison between the current model airframe noise problem with a single cylinder case is presented. Results show that wake interaction becomes a major feature of the airfoil-cylinder flow, causing a faster downstream decay of convecting disturbances when compared to the isolated cylinder case. Therefore, wake interaction and compressibility effects play a key role in the present airframe noise model problem and are proposed as responsible for the significant increase of quadrupole noise radiation. The second case concerns the problem involving a cylinder placed upstream an airfoil leading edge. The present flow configuration allows the assessment of the effects of a perturbed flow impinging on the airfoil surface including its noise radiation. A parametric analysis is conducted varying the gap between the cylinder and the airfoil, the cylinder diameter and the freestream Mach number, which has values of M? = 0.1 and M? = 0.3. Results show that changes in all these parameters have a great impact on the flow and acoustic fields. Finally, a POD analysis is conducted to provide a detailed understanding of the physical mechanisms involved in leading edge noise generation
Subject: Ruido aerodinamico
Fluidodinâmica computacional (CFD)
Acústica
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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