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Investigação de geração e propagação de ruído próprio de aerofólios usando simulação de grandes escalas, modelos analíticos e analogia acústica

Processo: 11/12493-6
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de outubro de 2011
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2012
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
Pesquisador responsável:João Luiz Filgueiras de Azevedo
Beneficiário:William Roberto Wolf
Instituição-sede: Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
Assunto(s):Aeroacústica   Fluidodinâmica computacional

Resumo

O presente trabalho aborda o estudo do ruído gerado pelo escoamento aerodinâmico não-estacionário sobre um aerofólio e sua propagação subsequente a um observador distante. Este estudo é de suma importância para o projeto de configurações aerodinâmicas como asas e dispositivos híper-sustentadores, assim como perfis de turbinas eólicas, ventiladores e hélices. O projeto vai investigar, principalmente, o ruído de banda larga que resulta da interação de uma camada limite turbulenta com o bordo de fuga de um aerofólio e, também, o ruído tonal que surge a partir do desprendimento de vórtices gerados por ondas de instabilidade ao longo de uma camada limite laminar. Os escoamentos aerodinâmicos turbulentos analisados resultam em fontes de ruído com um amplo regime de frequências e escalas espaciais. Portanto, o método de simulação de grandes escalas, LES, do inglês Large Eddy Simulation, é o método numérico escolhido para as simulações dos escoamentos uma vez que este capta as escalas de maior energia associadas com a geração de ruído com um custo computacional acessível comparado com o método de simulação numérica direta, DNS, do inglês Direct Numerical Simulation. Os cálculos aeroacústicos serão realizados utilizando a formulação de analogia acústica de Ffowcs Williams-Hawkings (FWH) e a teoria proposta por Amiet para o estudo de ruído gerado em bordos de fuga de aerofólios. Os cálculos das integrais das fontes sonoras do tipo dipolo e quadrupolo, que aparecem na equação de FWH, serão efetuados usando um método de multipolos rápidos, FMM, do inglês Fast Multipole Method, tridimensional, com refinamento adaptativo e estável em qualquer regime de frequência. Esta ferramenta numérica permite investigar os efeitos de fontes de ruído superficiais e volumétricas separadamente e, também, os efeitos de convecção no cálculo do ruído gerado por essas fontes. As simulações numéricas serão conduzidas utilizando um aerofólio NACA 0012 para quatro configurações de escoamento com ângulos de incidência, números de Mach e mecanismos de transição diferentes. Para todas as configurações analisadas, o número de Reynolds baseado na corda do aerofólio será fixado em Re = 408.000. Os resultados dos escoamentos aerodinâmicos e aeroacústicos serão comparados com dados experimentais disponíveis na literatura.

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SCALABRIN, LEONARDO COSTA; AZEVEDO, JOAO LUIZ F. Numerical simulations of three-dimensional flow over a multi-stage rocket using finite volumes. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 38, n. 1, p. 1-20, JAN 2016. Citações Web of Science: 0.
WOLF, WILLIAM R.; AZEVEDO, JOAO L. F.; LELE, SANJIVA K. Effects of mean flow convection, quadrupole sources and vortex shedding on airfoil overall sound pressure level. Journal of Sound and Vibration, v. 332, n. 26, p. 6905-6912, DEC 23 2013. Citações Web of Science: 6.
WOLF, WILLIAM R.; LELE, SANJIVA K. Trailing-Edge Noise Predictions Using Compressible Large-Eddy Simulation and Acoustic Analogy. AIAA JOURNAL, v. 50, n. 11, p. 2423-2434, NOV 2012. Citações Web of Science: 7.
WOLF, WILLIAM R.; AZEVEDO, JOAO LUIZ F.; LELE, SANJIVA K. Convective effects and the role of quadrupole sources for aerofoil aeroacoustics. JOURNAL OF FLUID MECHANICS, v. 708, p. 502-538, OCT 10 2012. Citações Web of Science: 24.

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