Investigação de Geração e Propagação de Ruído Próprio de Aerofólios Usando Simulação de Grandes Escalas, Modelos Analíticos e Analogia Acústica

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.