Testek körüláramlása keltette zaj numerikus szimulációja Szekeres Gábor (DQTP5Z) Konzulens: Lohász Máté Márton Budapest, 2006.06.28 Bíráló: Vaik István

Áttekintés az elvégzett munkáról A főbb számítógépes aeroakusztikai (CAA) módszerek megismerése A Ffowcs-Williams Hawkings modell vizsgálata konkrét geometriákon: 2D Henger CFD számítás CAA számítás Validálás Kiértékelés 3D szárnyprofil Elsődleges cél a modell alkalmazhatóságának vizsgálata CAA számítás egy korábbi CFD számítás felhasználásával Következtetések levonása

CAA módszerek Aeroakusztika: Direkt módszerek Hibrid módszerek A nemlineáris hatásokat (pl. turbulencia) is figyelembe veszi, így maga az áramlás is lehet hangforrás. Az áramlás befolyásolhatja a hang terjedését Direkt módszerek Az áramlást leíró kompresszibilis egyenletek megoldása Direkt Numerikus Szimuláció Az áramkép tartalmazza a hangot is Rendkívül nagy számításigény Hibrid módszerek Akusztikai analógia Különválasztja a hangot az áramképtől Külön CAA és CFD számítás Alacsony számításigény Főbb módszerek: Lighthill modell, Kirchoff modell Szélessávú zajforrás modell Curle modell Ffowcs-Williams Hawkings modell, stb.

Akusztikai analógia Lighthill egyenlet: Az áramlástani alapegyenletek hullámegyenletre hozása: Lighthill egyenlet: Hanghullámok terjedése Hangforrás ahol Tij a Lighthill feszültségtenzor Nem alkalmazható szilárd test keltette zaj meghatározására. Csak a turbulencia keltette zaj számítására alkalmas (például: szabadsugár)

Ffowcs-Williams Hawkings modell A Lighthill egyenlet általánosítása: Mozgó szilárd test jelenléte az áramlásban Ffowcs-Williams és Hawkings egyenlet: S(t) u0 vn f<0 f>0 f=0 II. III. A forrástagok: A test felszínén kívül keletkező kvadropólus típusú zaj A mozgó felületre ható erő változása okozta dipólus típusú zaj A test által „elmozdított” folyadék monopólus típusú zaja

Ffowcs-Williams Hawkings modell Az egyenlet megoldása analitikusan meghatározható: ahol G a nyílt-téri Green függvény: x, t – kibocsátás helye, ideje y, t – megfigyelés helye,ideje A Ffowcs-Williams Hawkings egyenlet megoldása: A Fluentben elhanyagolva

Henger körüláramlása keltette zaj CFD számítás: Fluent 6.2 Szegregált szolver 2D, lamináris Inkompresszibilis Időfüggő (CFL≈1) Re=1000, Ma=0.2 Diszkretizáció: Időbeli: másodrendű Nyomás: másodrendű Sebesség: centrális Nyomás-sebesség kapcsolat: SIMPLE

Henger körüláramlása keltette zaj Henger-1 háló

Henger körüláramlása keltette zaj Henger-2 háló

Henger körüláramlása keltette zaj Validálás: Cox et al. 1998 Név c’L rms cD Sh n Dt Kimentett időlépések Cox et al. 1.05 1.6 0.242 -- Henger-1 0.934 1.335 0.248 77 700 0.004 39 424 Henger-2 0.931 1.336 0.246 171 200 0.003 30 000 A közel periodikus örvényleválás beállta után az akusztikai forrásadatok kimentése

Henger körüláramlása keltette zaj CAA számítás: Fluent 6.2 – FW-H modul Korrelációs hossz: L=26.3 D Forrásfelület: Henger felszíne (a térfogati források el vannak hanyagolva) A CFD számításnál kimentett forrásadatok feldolgozása Kapott eredmény: p’(t) hangnyomás jel egy távoltéri megfigyelőnél p’(t) → DFT → zajspektrum Validálás: Cox et al., 1998

Henger körüláramlása keltette zaj Henger-1,2 hasonló eredményt ad A zaj erősen irányfüggő u0

Henger körüláramlása keltette zaj Szimmetria Két merőleges dipólus Jellemző frek Első felharm.

Henger körüláramlása keltette zaj Forrásfelületként nem a henger felszínét választva A választott határfelületen, a bezárt folyamatoknak egy reprezentációja jelenik meg. A megoldás tartalmazza a bezárt térfogatban jelenlévő kvadropólus jellegű forrásokat is. határfelület Az egyenlet forrástagjai elvesztik a szemléletes fizikai tartalmukat. (pl.: felületi nyomáseloszlás váltakozása)

Henger körüláramlása keltette zaj Forrásfelületként nem a henger felszínét választva u0 Jobb egyezés a spektrumnál Csekély irányfüggés

Henger körüláramlása keltette zaj Közel szimmetrikus

Szárnyprofil körüláramlása keltette zaj A CFD számítást Nagy László készítette az Áramlástan Tanszéken 3D RANS-LES Cellaszám: n≈2 000 000 db RAF6 szárnyprofil: Húrhossz: C=0.1m Állásszög: a=5º Re=122 000, Ma=0.03 CFL≈1 időlépés: Dt=3.5e-6 Kimentett időlépések: 20 500 db A CAA számítás a CFD számításból kimentett forrásadatok alapján zajlott.

Szárnyprofil körüláramlása keltette zaj Homogén zaj A spektrum nem fizikai A hangnyomás jelben 40-50 Pa-os ugrások vannak Erős irányfüggés (Dipólus) u0

Szárnyprofil körüláramlása keltette zaj Jól látható a zaj irányfüggése Nincsen jellemző frekvencia

Konklúzió A FW-H modell jó eredményt adott a henger zajának számításánál Az eredményeket validálni kell Nem bonyolult a használata Kis számításigény (a CFDhez képest elhanyagolható) A CFD számítástól külön is végezhető (ha a forrásadatok el lettek mentve) Korlátozások: Csak nyílt téri áramlásokra alkalmas (a nyílt-téri Green függvény miatt) A zaj csak a távoltérre határozható meg (több hullámhossznyira)

Jövőbeli feladatok Különböző turbulencia modellek hatásának vizsgálata a henger kapcsán Kompresszibilis számítás hatásának vizsgálata (elsődlegesen a fallal nem egybeeső határfelület esetében) Különböző határfelületek megválasztásnak hatása A szárnyprofil zajának validálása, és további vizsgálata Doppler hatás vizsgálata

Köszönöm a figyelmüket !