Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:48:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 290393.pdf: 2022370 bytes, checksum: 9e3a0878a63ae07c641a60a695676e0c (MD5) / O conforto em aeronaves vem se tornando cada vez mais crítico na competitiva indústria aeronáutica. O ruído interno é de grande interesse para estas empresas, pois pode causar desconforto aos passageiros, interferência na comunicação e fadiga da tripulação. O controle do conforto interno na cabine de aeronaves requer tratamento especial, pois, geralmente, implica em adição de peso, redução do volume da cabine ou redução de desempenho. Parte do ruído interno é causado pelo sistema de ventilação, no qual duas fontes de ruído podem ser identificadas: componentes ativos (ventiladores) e passivos (válvulas, curvas, etc.). O ruído dos componentes ativos é bem conhecido e pode ser resolvido facilmente. Ao projetar um sistema de distribuição, que consta dos componentes passivos, o projetista se depara com uma grande escassez de dados e ferramentas para a predição do ruído gerado pelo próprio sistema. Por vários anos pesquisadores têm procurado estabelecer correlações entre a perda de carga e o ruído gerado por tais componentes. O modelo semi-empírico para um componente simples proposto por Nelson e Morfey tem sido a base para o desenvolvimento de métodos para a predição de ruído aerodinâmico. Entretanto, o que se encontra na literatura é, na sua maioria, desenvolvido para sistemas de ventilação prediais, os quais possuem características diferentes dos sistemas em aeronaves. O presente trabalho provê o estudo, a validação experimental e a adaptação dos métodos de predição de ruído aerodinâmico em sistemas de distribuição de ar condicionado de aeronaves. Os resultados mostram que os métodos aqui propostos são mais precisos do que os métodos utilizados atualmente na indústria aeronáutica. Uma bancada experimental foi construída com o objetivo de validar tais métodos para diferentes componentes e gerar dados para uma ferramenta que utiliza como entrada apenas parâmetros básicos da engenharia de projeto / The personal comfort in aircrafts is becoming increasingly critical in the competitive aviation industry. The internal noise has become of great interest to those companies, because it can cause discomfort to passengers, interference with communication and crew fatigue. The control of cabin comfort requires special treatment, for it usually involves adding weight, reducing the cabin's volume or performance degradation. Part of the internal noise is caused by the ventilation system in which two noise sources can be identified: active (ie.: fans) and passive (ie.: valves, bends) components. The noise generated by the active components is well known and can be solved easily. When designing a distribution system, which consists of passive components, the designer is faced with a paucity of data and tools to predict the noise generated by the system itself. For several years researchers have sought to correlate the pressure drop in these components and the noise generated by them. The semi-empirical model for a simple component proposed by Nelson and Morfey has been the basis for the development of methods for predicting aerodynamic noise. However, the methods found in literature are mostly developed for ventilation systems in buildings, which have different characteristics compared to aircraft systems. The present work provides the study, experimental validation and adaptation of methods for predicting aerodynamic noise in an aircraft air-conditioning distribution system. The results show that the methods proposed here are more accurate than the ones currently in use. An experimental rig was built in order to validate such methods for different components and generate data for a tool that takes as input only the basic parameters of design engineering

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T19:49:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309551.pdf: 42790636 bytes, checksum: 8146413a63a643ae4337b5195279442e (MD5) / O presente trabalho analisa métodos de previsão do escoamento e do ruído acústico de jatos subsônicos (Re=1,38x106 e M=0,9). Além disto, investigam-se também os efeitos de bocais serrilhados no desenvolvimento do jato e como mecanismo passivo de controle de ruído. A formulação híbrida de simulação adotada consiste em se resolver primeiramente o campo do escoamento turbulento e, posteriormente, avaliar o ruído acústico no campo distante. Dois modelos de turbulência baseados no conceito de média de Reynolds foram testados para a solução do escoamento: o modelo k-e cúbico e o modelo de transporte do tensor de Reynolds. Além disto, previsões do ruído foram realizadas com o emprego da analogia acústica de Lighthill e da analogia acústica de Ffowcs-Williams e Hawkings. Comparações entre resultados numéricos e experimentais de perfis de velocidade e tensões de Reynolds mostraram que os modelos de turbulência supracitados são capazes de prever o efeito do bocal serrilhado sobre o escoamento de forma satisfatória. Por outro lado, os métodos de previsão de ruído acústico implementados no código comercial CFD++/CAA++ se mostraram inadequados em todas as situações de escoamento investigadas. / The present study considers an assessment of numerical methods to predict the fluid flow and the acoustic noise of subsonic jets (M = 0.9 and Re=1.38x106). Additionally, the roles of chevron nozzles on the flow development and as a passive noise control device are also investigated. The adopted hybrid simulation approach initially solves the turbulent field flow, which is then used as input data for estimates of far-field noise. Two turbulence models within the frame of the Reynolds averaging concept were tested for the field flow solution: the cubic k-e model and the Reynolds stress transport model. Moreover, predictions of acoustic noise were carried out through the Lighthill analogy and the Ffowcs-Williams and Hawkings analogy. Comparisons between numerical and experimental results for velocity and Reynolds stresses showed that the aforementioned turbulence models are capable of satisfactorily predict the effect of chevron nozzles on the field flow. On the other hand, the methods based on the two acoustic analogies implemented in the commercial software CFD++/CAA++ were seen to be inadequate for estimates of noise in all flow conditions.

Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T11:13:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Padilha_PauloEduardoFranca_M.pdf: 721382 bytes, checksum: 8fae387ba335cdb5b3e7b462935121c1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho é feita uma comparação de técnicas analíticas e experimentais de Análise de Caminhos de Transferência Vibroacústicos. A Análise de Caminhos de Transferência, ou TPA como é conhecida pela abreviatura em inglês, é uma ferramenta para se avaliar a contribuição de diferentes caminhos de propagação de energia vibroacústica entre uma fonte e um receptor ligados entre si por várias conexões. Uma aplicação típica de TPA é quantificar e determinar a importância relativa desses caminhos numa dada banda de freqüência, verificando-se a contribuição mais significativa para o receptor. Nessa análise, basicamente duas quantidades devem ser obtidas: as forças operacionais em cada caminho de transferência e a Função de Resposta em Freqüência desses caminhos. Essas funções podem ser obtidas tanto experimentalmente quanto analiticamente, considerando-se ou não a impedância mecânica da fonte vibroacústica. As forças operacionais podem ser diretamente obtidas de medições, usando um transdutor de forças, ou indiretamente estimadas a partir de medições auxiliares. Neste trabalho são apresentados dois métodos de obtenção indireta das forças operacionais ¿ o Método da Rigidez Complexa e o Método da Inversão de Matrizes ¿ associados com as duas possíveis configurações para determinação das Funções de Resposta em Freqüência ¿ incluindo e excluindo a impedância da fonte. Essas técnicas são aplicadas a dois modelos: um analítico e um experimental. avaliadas com esse modelo analítico, comentando-se suas vantagens e desvantagens. São avaliados ainda os efeitos do acoplamento entre fonte e receptor e entre os caminhos de transferência. Os experimentos foram realizados numa estrutura concebida como um modelo simplificado de um automóvel. As forças foram obtidas através dessas duas técnicas indiretas e comparadas com as medidas com transdutores de força. Como no modelo analítico, as forças e FRF foram estimadas na presença e na ausência da fonte, e a contribuição de cada caminho calculada através dessas técnicas e configurações. A resposta do receptor, calculada como uma combinação dos diferentes caminhos de transferência, foi comparada à medida nas condições operacionais, de modo a se verificar a exatidão de cada método utilizado. As vantagens e limitações desses métodos e configurações experimentais são então comentadas para uso em aplicações práticas / Abstract: In the present work, analytical and experimental techniques of Vibro-Acoustic Transfer Path Analysis are compared and discussed. Transfer Path Analysis (TPA) is a tool to evaluate the contribution of different vibro-acoustic energy propagation paths between a source and a receiver linked to each other by a number of connections. TPA is typically used to quantify and rank the relative importance of these paths in a given frequency band, determining the most significant one to the receiver. When applying TPA two basic quantities have to be determined: the operational forces at each transfer path and the Frequency Response Functions of these paths. These functions can be obtained either experimentally or analytically, considering or not the mechanical impedance of the source. Operational forces can be directly measured by force transducers or indirectly estimated from auxiliary response measurements. Two methods to obtain the operational forces indirectly ¿ the Complex Stiffness Method and the Matrix Inversion Method ¿ associated with two possible configurations to determine the Frequency Response Functions ¿ including and excluding the source impedance ¿ are presented and discussed in this work. These estimation techniques are applied to two models: an analytical and an experimental model. Analytically, these techniques are applied to a lumped parameter model. The advantages and drawbacks of them are commented and the effect of coupling between source and receiver and among transfer paths is analyzed with this theoretical approach. The experiments are done in a test structure conceived as a simplified model of an automotive vehicle. The forces are obtained via these two techniques and compared to those measured by force transducers. Like in the analytical model, forces and Frequency Response Functions are estimated in the presence and in the absence of the source, and the contribution of each path is calculated based on the combinations of these different estimation methods and setups. The contributions of the different paths at the receiver location are calculated using each estimation method and are compared to those obtained in the operational condition in order to verify the accuracy of these methods. The advantages and limitations of the methods and test setups are then discussed for use in practical applications / Mestrado / Mecanica Computacional / Mestre em Engenharia Mecânica