The aerospace industry has been concerned with propeller noise levels for years. This interest is two-fold: government regulation and comfort in cabin. This report attempts to create a simulation mechanism needed to evaluate the far-field noise generation levels. However, in order to do that, the tandem cylinder case was evaluated first as a validation step before the SR-7A propeller case was performed. Both cases use STAR-CCM+, a commercial software, to perform the simulations.

No description available.

In a society where environmental noise is becoming a major health and economical concern, sound emissions are an increasingly critical design factor for vehicle manufacturers. With about a quarter of the European population living close to roads with heavy traffic, traffic noise in urban landscapes has to be addressed first. The current introduction of electric vehicles on the market and the need for sound systems to alert their presence is causing a shift in mentalities requiring engineering methods that will have to treat noise management problems from a broader perspective. That in which noise emissions need not only be considered as a by-product of the design but as an integrated part of it. Developing more sustainable ground transportation will require a better understanding of the sound field emitted in various realistic operating conditions, beyond the current requirements set by the standard pass-by test, which is performed in a free-field. A key aspect to improve this understanding is the development of efficient numerical tools to predict the generation and propagation of sound from moving vehicles. In the present thesis, a methodology is proposed aimed at evaluating the pass-by sound field generated by vehicle acoustic sources in a simplified urban environment, with a focus on flow sound sources. Although it can be argued that the aerodynamic noise is still a minor component of the total emitted noise in urban driving conditions, this share will certainly increase in the near future with the introduction of quiet electric engines and more noise-efficient tyres on the market. This work presents a complete modelling of the problem from sound generation to sound propagation and pass-by analysis in three steps. Firstly, computation of the flow around the geometry of interest; secondly, extraction of the sound sources generated by the flow, and thirdly, propagation of the sound generated by the moving sources to observers including reflections and scattering by nearby surfaces. In the first step, the flow is solved using compressible detached-eddy simulations. The identification of the sound sources in the second step is performed using direct numerical beamforming with linear programming deconvolution, with the phased array pressure data being extracted from the flow simulations. The outcome of this step is a set of uncorrelated monopole sources. Step three uses this set as input to a propagation method based on a point-to-point moving source Green's function and a modified Kirchhoff integral under the Kirchhoff approximation to compute reflections on built surfaces. The methodology is demonstrated on the example of the aeroacoustic noise generated by a NACA air inlet moving in a simplified urban setting. Using this methodology gives insights on the sound generating mechanisms, on the source characteristics and on the sound field generated by the sources when moving in a simplified urban environment. / I ett samhälle där buller håller på att bli ett stort hälsoproblem och en ekonomisk belastning, är ljudutsläpp en allt viktigare aspekt för fordonstillverkare. Då ungefär en fjärdedel av den europeiska befolkningen bor nära vägar med tung trafik, är åtgärder för minskat trafikbuller i stadsmiljö en hög prioritet. Introduktionen av elfordon på marknaden och behovet av ljudsystem för att varna omgivningen kräver också ett nytt synsätt och tekniska angreppssätt som behandlar bullerproblemen ur ett bredare perspektiv. Buller bör inte längre betraktas som en biprodukt av konstruktionen, utan som en integrerad del av den. Att utveckla mer hållbara marktransporter kommer att kräva en bättre förståelse av det utstrålade ljudfältet vid olika realistiska driftsförhållanden, utöver de nuvarande standardiserade kraven för förbifartstest som utförs i ett fritt fält. En viktig aspekt för att förbättra denna förståelse är utvecklingen av effektiva numeriska verktyg för att beräkna ljudalstring och ljudutbredning från fordon i rörelse. I denna avhandling föreslås en metodik som syftar till att utvärdera förbifartsljud som alstras av fordons akustiska källor i en förenklad stadsmiljö, här med fokus på strömningsgenererat ljud. Även om det aerodynamiska bullret är fortfarande en liten del av de totala bullret från vägfordon i urbana miljöer, kommer denna andel säkerligen att öka inom en snar framtid med införandet av tysta elektriska motorer och de bullerreducerande däck som introduceras på marknaden. I detta arbete presenteras en komplett modellering av problemet från ljudalstring till ljudutbredning och förbifartsanalys i tre steg. Utgångspunkten är beräkningar av strömningen kring geometrin av intresse; det andra steget är identifiering av ljudkällorna som genereras av strömningen, och det tredje steget rör ljudutbredning från rörliga källor till observatörer, inklusive effekten av reflektioner och spridning från närliggande ytor. I det första steget löses flödet genom detached-eddy simulation (DES) för kompressibel strömning. Identifiering av ljudkällor i det andra steget görs med direkt numerisk lobformning med avfaltning med hjälp av linjärprogrammering, där källdata extraheras från flödessimuleringarna. Resultatet av detta steg är en uppsättning av okorrelerade akustiska monopolkällor. Steg tre utnyttjar dessa källor som indata till en ljudutbredningsmodel baserad på beräkningar punkt-till-punkt med Greensfunktioner för rörliga källor, och med en modifierad Kirchhoff-integral under Kirchhoffapproximationen för att beräkna reflektioner mot byggda ytor. Metodiken demonstreras med exemplet med det aeroakustiska ljud som genereras av ett NACA-luftintag som rör sig i en förenklad urban miljö. Med hjälp av denna metod kan man få insikter om ljudalstringsmekanismer, om källegenskaper och om ljudfältet som genereras av källor när de rör sig i en förenklad stadsmiljö. / <p>QC 20170425</p>

Neste trabalho foi realizado um estudo utilizando os modelos de turbulência Simulação das Grandes Escalas, Large Eddy Simulation (LES), e Simulação dos Vórtices Desprendidos, Detached Eddy Simulation (DES), para simular o escoamento compressível interno em um duto contendo válvulas controladoras na saída dos gases de combustão de um reator de craqueamento catalítico fluido, com o objetivo de comparar o desempenho numérico e computacional de ambas as técnicas. Para isso foi utilizado um programa comercial de dinâmica dos fluidos computacional, Computational Fluid Dynamics (CFD), que possui em seu código os dois modelos de turbulência. / In the present work a study was conducted using Large Eddy Simulation (LES) and Detached Eddy Simulation (DES) turbulence models in order to simulate the internal compressible flow in a duct containing the flue gas discharge control valves of a fluid catalytic cracking reactor so as to compare the numerical and computational behavior of both techniques. A commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) software, which includes these turbulence models in its code, was used.

Neste trabalho foi realizado um estudo utilizando os modelos de turbulência Simulação das Grandes Escalas, Large Eddy Simulation (LES), e Simulação dos Vórtices Desprendidos, Detached Eddy Simulation (DES), para simular o escoamento compressível interno em um duto contendo válvulas controladoras na saída dos gases de combustão de um reator de craqueamento catalítico fluido, com o objetivo de comparar o desempenho numérico e computacional de ambas as técnicas. Para isso foi utilizado um programa comercial de dinâmica dos fluidos computacional, Computational Fluid Dynamics (CFD), que possui em seu código os dois modelos de turbulência. / In the present work a study was conducted using Large Eddy Simulation (LES) and Detached Eddy Simulation (DES) turbulence models in order to simulate the internal compressible flow in a duct containing the flue gas discharge control valves of a fluid catalytic cracking reactor so as to compare the numerical and computational behavior of both techniques. A commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) software, which includes these turbulence models in its code, was used.

La conception de chambres de combustion aéronautiques requiert un compromis entre les différents phénomènes physiques présents, comme les interactions entre la flamme et la turbulence, les pertes thermiques, la dynamique de flamme ou l'évaporation du carburant et son mélange. De nombreux outils numériques existent dans la littérature pour prédire ce genre d'écoulements réactifs turbulents. Les modèles de turbulence instationnaires, par exemple LES (Large Eddy Simulation), sont un excellent compromis pour la prédiction du mélange dans des configurations réalistes. L'approche de chimie tabulée représente un équilibre attrayant entre coût de calcul et précision pour la prédiction de structure de flamme. Dans cette thèse, des modèles de turbulence avancés et de chimie tabulée sont appliqués à des configurations complexes afin d'évaluer leur capacité à prédire la structure de flammes turbulentes. La prédiction de la FDF (Flame Describing Function) par le modèle F-TACLES (Filtered TAbulated Chemistry for Large Eddy Simulations) est comparé à des données expérimentales pour une flamme swirlée, prémélangée et non-adiabatique. La FDF est bien prédite pour une large plage de fréquences et deux niveaux de fluctuations de vitesse. L'origine des différences est analysée. La première application du modèle F-TACLES à un brûleur diphasique est proposée. Le brûleur choisi est la flamme jet diphasique KIAI, récemment étudié au CORIA. Une comparaison détaillée avec l'expérience est faite et montre que F-TACLES est capable de prédire la bonne forme de flamme. Le modèle ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation) est étudié dans la configuration TLC, un injecteur aéronautique réaliste. En non-réactif, la ZDES est validée par rapport aux mesures de vitesse expérimentales et comparée à des résultats de LES. En conditions réactives, la prédiction des profils de température dans la chambre de combustion est grandement améliorée en ZDES. / The design of aeronautical combustion chambers requires a precise balance between the different physical phenomena involved, such as flame-turbulence interaction, heat losses, flame dynamics or fuel evaporation and mixing. Numerous numerical tools exist in the literature to predict these kinds of turbulent reacting flows. The unsteady turbulence models, for example LES (Large Eddy Simulation), represent an excellent compromise for the prediction of the mixing in realistic configurations. The tabulated chemistry approach is an attractive trade-off between computation cost and accuracy for predicting the structure of flames. In this thesis, advanced turbulence and tabulated chemistry models are applied to complex configurations in order to assess their ability to predict the structure of turbulent flames. The prediction of the FDF (Flame Describing Function) by the F-TACLES (Filtered TAbulated Chemistry for Large Eddy Simulations) model is compared to experimental data for a non-adiabatic premixed swirled flame. The FDF is well predicted for a wide range of frequencies and two velocity fluctuation levels. The origin of the discrepancies is analyzed. The first application of the F-TACLES model in a two-phase burner is proposed. The chosen burner is the KIAI spray jet flame, recently studied at CORIA. A detailed comparison with the experiments is performed and shows that F-TACLES is able to predict the correct flame shape. The ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation) model is studied in a realistic aeronautical injector, the TLC configuration. In cold conditions, the ZDES is validated against velocity measurements and compared to LES results. In reacting conditions, the prediction of temperature profiles in the combustion chamber is greatly improved in the ZDES.

[ES] En la sociedad actual hay cada vez una mayor conciencia de la importancia del calentamiento global. Esta preocupación se ve reflejada por los poderes legislativos de las naciones occidentales en normativas de emisiones cada vez más restrictivas. En este contexto, la industria automovilísitca se ha visto fuertemente incentivada a desarrollar motores térmicos más eficientes e incluso a explorar nuevas soluciones propulsivas, como el motor eléctrico. Para mejorar la eficiencia energética de los motores de combustión interna alternativos se emplea la reducción de los motores. Esto ha obligado a los compresores a trabajar en condiciones, en las que su emisión acústica llega a ser problemática. La revisión bibliográfica llevada a cabo en esta tesis muestra que sigue sin haber consenso acerca de la causa de ciertas componentes del espectro, como los ruidos de banda ancha conocidos cono whoosh y Tip Clearance Noise (TCN). La influencia en el ruido de la geometría de los conductos de entrada al compresor está asimismo poco explorada. Esta tesis presenta una metodología computacional de análisis del campo de flujo que permite la identificación de las estructuras de flujo responsables de las componentes espectrales más relevantes, así como el análisis de la influencia en éstas de las condiciones de operación y las geometrías de entrada. El campo de presión en el interior del compresor se analiza mediante técnicas de descomposición modal. Éstas permiten identificar patrones espaciales y asociarlos a las frecuencias del espectro medido de forma objetiva. Posteriormente se identifica las estructuras de flujo correspondientes a dichos patrones, y su evolución con las condiciones de operación y la geometría de entrada. Mediante la aplicación de la metodología descrita se describe los diferentes mecanismos de generación de los ruidos tonales en el inductor y el borde de fuga del rotor. En cuanto a los ruidos de banda ancha mencionados, los vórtices encontrados aguas arriba del inductor generan oscilaciones en la banda de frecuencias del whoosh, y favorecen el desprendimiento rotativo, que contribuye a dicho ruido en el difusor y la voluta. La carga no estacionaria sobre la superficie de los álabes es identificada como un importante contribuidor al ruido TCN. La influencia de las condiciones de operación en la generación de ruido se manifiesta a través de la intensidad del flujo inverso en el inductor. La aparición de este flujo inverso es característica de los puntos de bajo gasto másico, aunque se sigue apreciando, con menor intensidad, en algunos puntos de alto gasto. El flujo inverso inhibe las condiciones sónicas en el borde de ataque, debilitando el ruido tonal a la frecuencia de paso de álabe. En cuanto a los ruidos de banda ancha, el flujo inverso es la causa de los vórtices en el inductor que producen el ruido whoosh y el despegue rotativo, y además promueve la carga no estacionaria de los álabes, asociada con el TCN. El papel de la geometría del conducto de entrada en el ruido depende de su grado de interacción con los vórtices del inductor. En aquellas geometrías que limitan la extensión aguas arriba de los vórtices del inductor, como los codos con radio de curvatura reducido, tiene lugar una interacción intensa de los vórtices con las paredes del conducto y con otros vórtices. Ello está correlacionado con un aumento del ruido whoosh. Los conductos de entrada que están suficientemente separados de los vórtices, intervienen en el ruido solamente a través de sus propiedades de transmisión de las oscilaciones acústicas generadas en el rotor y el difusor. Al final de la tesis se reflexiona sobre las contribuciones de los resultados expuestos al estado del arte de la investigación en el ruido de compresores. Además, se propone nuevas líneas de investigación para extender la metodología presentada, y completar el conjunto de condiciones de funcionamiento y geometrías de entrada analizadas en este trabajo. / [CA] En la societat actual hi ha cada vegada una major consciència de la importància del calfament global. Aquesta preocupació es veu reflectida pels poders legislatius de les nacions occidentals en normatives d'emissions cada vegada més restrictives. En aquest context, la indústria de l'automòbil s'ha vist fortament incentivada a desenvolupar motors tèrmics més eficients i fins i tot a explorar noves solucions propulsives, com el motor elèctric. La tendència adoptada per a millorar l'eficiència energètica dels motors de combustió interna alternatius és la reducció de la grandària dels motors. Això ha obligat els compressors a treballar en condicions més extremes, en les quals la seua emissió acústica arriba a ser problemàtica. La revisió bibliogràfica duta a terme en aquesta tesi mostra que segueix sense haver-hi consens sobre la causa d'unes certes components de l'espectre, com els sorolls de banda ampla coneguts con whoosh i Tip Clearance Noise (TCN). La influència en el soroll de la geometria dels conductes d'entrada al compressor està així mateix poc explorada. Aquesta tesi presenta una metodologia computacional d'anàlisi del camp de flux que permet la identificació de les estructures de flux responsables de les components espectrals més rellevants, així com l'anàlisi de la influència en aquestes de les condicions d'operació i les geometries d'entrada. El camp de pressió a l'interior del compressor s'analitza mitjançant tècniques de descomposició modal. Aquestes permeten identificar patrons espacials i associar-los a les freqüències de l'espectre mesurat de manera objectiva. Posteriorment s'identifica les estructures de flux corresponents a aquests patrons, i la seua evolució amb les condicions d'operació i la geometria d'entrada. Mitjançant l'aplicació de la metodologia descrita es descriu els diferents mecanismes de generació dels sorolls tonals en l'inductor i la vora de fugida del rotor. Quant als sorolls de banda ampla esmentats, els vòrtexs trobats aigües amunt de l'inductor generen oscil·lacions en la banda de freqüències del whoosh, i afavoreixen el despreniment rotatiu, que contribueix a aquest soroll en el difusor i la voluta. La càrrega no estacionària sobre la superfície dels àleps és identificada com un important contribuïdor al soroll TCN. La influència de les condicions d'operació en la generació de soroll es manifesta a través de la intensitat del flux invers en l'inductor. L'aparició d'aquest flux invers és característica dels punts de baixa despesa màssica, encara que es continua apreciant, amb menor intensitat, en alguns punts d'alta despesa. El flux invers inhibeix les condicions sòniques en la vora d'atac, afeblint el soroll tonal a la freqüència de pas d'àlep. Quant als sorolls de banda ampla, el flux invers és la causa dels vòrtexs en l'inductor que produeixen el soroll whoosh i el despreniment rotatiu, i a més promou la càrrega no estacionària dels àleps, associada amb el TCN. El paper de la geometria del conducte d'entrada en el soroll depén del seu grau d'interacció amb els vòrtexs de l'inductor. En aquelles geometries que limiten l'extensió aigües amunt dels vòrtexs de l'inductor, com els colzes amb radi de curvatura reduït, té lloc una interacció intensa dels vòrtexs amb les parets del conducte i amb altres vòrtexs. Això està correlacionat amb un augment del soroll whoosh. Els conductes d'entrada que estan prou separats dels vòrtexs, intervenen en el soroll solament a través de les seues propietats de transmissió de les oscil·lacions acústiques generades en el rotor i el difusor. Al final de la tesi es reflexiona sobre les contribucions dels resultats exposats a l'estat de l'art de la investigació en el soroll de compressors. A més, es proposa noves línies d'investigació per a estendre la metodologia presentada, i completar el conjunt de condicions de funcionament i geometries d'entrada analitzades en aquest treball. / [EN] In today's society, there is a growing awareness of the importance of global warming. This concern is reflected by the legislative powers of Western nations in increasingly restrictive emissions regulations. In this context, the automotive industry has been strongly encouraged to develop more efficient thermal engines and even to explore new propulsion solutions, such as the electric motor. The trend adopted to improve the energy efficiency of reciprocating internal combustion engines is the reduction of engine size. This has forced compressors to work in more extreme conditions, where their acoustic emission becomes troublesome. The literature review carried out in this thesis shows that in the last two decades, there has been a great boom of research in the acoustics of radial turbocharger compressors. Despite the progress made, there is still no consensus about the cause of specific spectrum components, such as the broadband noises known as whoosh and Tip Clearance Noise (TCN). The influence of compressor inlet duct geometry on noise is also scarcely explored. This thesis presents a computational methodology of flow field analysis that allows the identification of the flow structures responsible for the most relevant spectral components and the analysis of the influence of operating conditions and inlet geometries on them. The pressure field inside the compressor is analyzed through modal decomposition techniques. These allow identifying spatial patterns and associating them to the frequencies of the measured spectrum in an objective manner. Subsequently, the flow structures corresponding to these patterns are identified, and their evolution with the operating conditions and the inlet geometry is analyzed. Through the application of the described methodology, the different mechanisms of generation of the tonal noises in the inducer and the impeller trailing edge are identified. While the former is related to the sonic conditions at the leading edge, the latter is excited by the asymmetric pressure field in the diffuser. As for the aforementioned broadband noises, the vortices encountered upstream of the inducer generate oscillations in the whoosh frequency band and favor rotating stall, contributing to such noise in the diffuser and volute. Unsteady blade surface loading is identified as an important contributor to TCN noise. The influence of operating conditions on noise generation manifests through the intensity of the backflow in the inducer. The occurrence of backflow is characteristic of low mass flow points, although it is also found, with less intensity, at some higher mass flow points. The backflow inhibits the sonic conditions at the leading edge, weakening the tonal noise at the blade passing frequency. As for broadband noise, reverse flow is the cause of vortices in the inducer that produce whoosh noise and rotating stall. It also promotes the unsteady blade loading associated with TCN. The role of the inlet duct geometry in the noise depends on its degree of interaction with the inducer vortices. In geometries that limit the upstream extent of these vortices, such as low curvature radii elbows, intense interaction of the vortices with the duct walls and other vortices occurs. This is correlated with an increase in whoosh noise. Inlet ducts that are sufficiently separated from the vortices only affect noise through their transmission properties regarding acoustic oscillations generated in the impeller and diffuser. At the end of the thesis, reflections are offered on the contributions of the results to the current knowledge on compressor noise. In addition, new lines of research are proposed to extend the methodology presented and to complete the set of operating conditions and inlet geometries analyzed in this work. / Roig Villanueva, F. (2023). On the Influence of Inlet Geometry on Turbocharger Compressor Noise [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192264