Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2003. / Made available in DSpace on 2012-10-21T04:31:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1
272845.pdf: 2105770 bytes, checksum: 5ce48729fa06ff75763a445556f70d67 (MD5) / O presente trabalho considera a previsão numérica do campo acústico gerado por jatos turbulentos subsônicos. Em função das características totalmente diferentes dos campos acústico e do escoamento, adota-se uma metodologia híbrida realizada em duas etapas. A primeira consiste na solução prévia dos campos instantâneos do escoamento turbulento (velocidade e pressão) através da Simulação de Grandes Escalas (SGE), com o modelo de sub-malha de Smagorinsky. Na segunda etapa avalia-se a pressão sonora para diferentes posições de observador usando a analogia acústica de Lighthill, implementada em rotinas desenvolvidas no trabalho. A analogia de Lighthill é representada por uma equação de onda não homogênea, cujo termo de não homogeneidade é função do campo instantâneo de velocidade e da massa especifica na região compreendida pelo escoamento. Assim, o campo de velocidade determinado a partir da resolução das equações de Navier-Stokes filtradas da SGE fornece, em última instância, os dados necessários para a avaliação da fonte sonora do ruído. Uma geometria de jato plano é escolhida para a análise, considerando-se três níveis de velocidade, representados pelos números de Reynolds iguais a 400, 3.000 e 7.200. Resultados de grandezas médias são apresentados, tais como perfis de velocidade, perfis de tensões de Reynolds e campo de intensidade turbulenta. Além disto, campos instantâneos de vorticidade e de viscosidade turbulenta de sub-malha são também disponibilizados para ilustrar a natureza transiente e assimétrica do escoamento. Resultados do espectro de freqüência da pressão sonora são obtidos para várias posições do observador, nas diferentes condições de velocidade do jato. Em linhas gerais, os resultados demonstram ser fisicamente consistentes, sendo a lei do inverso da distância rigorosamente observada. A pressão sonora apresenta em quase todos os casos um espectro de freqüência característico de ruído branco, típico do ruído gerado por escoamentos turbulentos. A metodologia possui potencial para desenvolvimentos futuros. Parte desses desenvolvimentos deveria considerar a redução de ruído espúrio, decorrente de erros de truncamento e pelo uso de condições de contorno de caráter reflexivo na resolução dos jatos. / The present work considers the numerical prediction of the acoustic field generated by turbulent plane jet. Considering the strong physical distinction between the flow field and the acoustic field, the problem has been solved through a hybrid methodology composed of two steps. In the first one, the turbulent jet flow is numerically solved using large eddy simulation (LES), so that the transient behavior of the large turbulence scales can be described. Effects associated to small scales are taken into account via Smagorinsky#s sub-grid viscosity model. In the second step, the sound pressure level is estimated from the transient flow field using Lighthill#s analogy. The turbulent plane jet is solved for three Reynolds numbers (Re = 400; 3.000 and 7.200). Results of average quantities (such as velocity, Reynolds stress and turbulence intensity) are shown to be in agreement with available data in the literature. Results of instantaneous fields for vorticity and sub-grid viscosity are also made available to illustrate the transient and asymmetric nature of turbulence. Results of sound pressure level for different observer#s positions are seen to be physically consistent, with levels decaying correctly in respect to the distance. The sound pressure level resembles a white noise spectrum, typically attributed to turbulence. Despite the physical consistency of the flow field and some encouraging predictions for sound pressure level, the present methodology should be further developed to minimize the presence of spurious noise in the results. Two aspects of merit for a separate work are the investigation of truncation error and the implementation of non reflecting boundary conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/86187 |
| Date | 21 October 2012 |
| Creators | Mayer, Eduardo |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Deschamps, Cesar Jose, Oliveira, Jáuber Cavalcante de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 165 f.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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