Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:19:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1
293274.pdf: 2909399 bytes, checksum: 6e82ffcd31999ca2d1d5bc542037dfa5 (MD5) / O ruído gerado por escoamentos sobre cavidades tem consequências em diversas áreas da engenharia, tais como nos setores automobilístico (janelas abertas e frestas de porta) e aeronáutico (cavidades de trem de pouso). Apesar de geometria simples, o fenômeno da geração de ruído em cavidades é bastante complexo. Por exemplo, a interação das estruturas turbilhonares do escoamento com a borda de fuga da cavidade gera uma região de recirculação na cavidade e uma instabilidade na camada cisalhante na borda de ataque, originando componentes de ruídos tonais e de banda larga. O presente estudo aborda uma análise numérica bidimensional da influência das características geométricas e do regime de velocidade sobre a geração e propagação do ruído em escoamentos subsônicos. As características do escoamento na região do campo próximo foram previstas por meio da Simulação de Grandes Escalas e a propagação do ruído na região do campo afastado foi calculada pela analogia acústica de Ffowcs Williams-Hawkings, com o emprego de superfícies permeável e impermeável. A verificação de influência de malha foi feita através da comparação dos resultados de pressão na parede da cavidade para diferentes refinos de malha. A validação do modelo numérico foi realizada com referência a resultados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Os resultados obtidos nesta análise demonstram que a presença da aba na cavidade causa uma significativa mudança na configuração do escoamento no interior da cavidade. Além da oscilação do tipo modo cisalhante comum em cavidades, detectou-se também um mecanismo de oscilação caracterizado por oscilações em alta e baixa amplitude. Embora esse novo mecanismo seja de curta duração, o mesmo altera significativamente a frequência e a amplitude dos diferentes modos de oscilação. Evidenciou-se que a utilização de abas em cavidades pode ser uma opção para a redução do nível de ruído acústico. / The flow past open cavities is a phenomenon that is encountered in many engineering applications and can result in intense acoustic tones. Earlier investigations based on full scale aircraft have indicated that there are many sources that contribute to airframe noise, with one of them being cavity noise. For example, during the landing, there is an increase in the sound pressure level from aircraft that can be associated with the presence of a cavity created by the open landing gear (Shieh, 2000). The flow-induced cavity noise can also occur in automotive vehicles, in which the most relevant aerodynamic noise sources to occupants are from gaps in doors, windows and sunroof, as well as from the air conditioning and ventilation systems. Despite its geometric simplicity, the physics associated with the flow over cavities is a complex phenomenon. For instance, the interaction of vortices with the cavity trailing edge generates a recirculating flow region in the cavity and results the instabilities in the shear layer, yielding both broadband and tonal noise. In this study, the noise radiated from a two-dimensional cavity with a lip over the upstream portion of the cavity submerged in a turbulent subsonic flow is numerically analyzed by using a hybrid scheme that couples flow computations with an implementation of the Ffowcs Williams-Hawkings equation. The turbulent near field is computed through Large Eddy Simulation. The model verification was carried out by comparing results for pressure obtained with different levels computational grid refinement. The physical model was validated with reference to experimental and numerical results available in the literature. The numerical results revealed some significant effects on the cavity- flow due to presence of a neck or a lip over the cavity. Besides the shear layer mode commonly found in cavities an oscillating mechanism characterized by low and high amplitudes as also been observed. Although this new mechanism occurs in a short period, it significantly affects the frequency and amplitude of the different modes. Furthermore, it has been noticed that the neck or lip over cavity is a viable alternative to reduce the acoustic noise associated with cavities.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/103367 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Novak, Paulo Rogerio |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Deschamps, Cesar Jose |
| Publisher | Florianópolis, SC |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 143 p.| 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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