TY - THES ID - 3259426 TI - Hybrid methodologies for the computational aeroacoustic analysis of confined, subsonic flows AU - Roeck, Wim De AU - Katholieke Universiteit Leuven PY - 2007 SN - 9789056828035 PB - Leuven Katholieke Universiteit Leuven DB - UniCat KW - Academic collection KW - 534 <043> KW - Vibrations. Acoustics--Dissertaties KW - Theses KW - 534 <043> Vibrations. Acoustics--Dissertaties UR - https://www.unicat.be/uniCat?func=search&query=sysid:3259426 AB - Het doel van dit werk is het ontwerpen van numerieke ontwerpmethodieken voor het beschrijven van de geluidopwekking en voortplanting in gedwongen subsone stromingen. De modelleringstechniek die gebruikt wordt, is een hybride aero-akoestische methode waarbij het rekendomein opgesplitst wordt in twee verschillende deeldomeinen: een bronzone, waar een turbulente stroming zorgt voor het onstaan van stromingsgeluid en een akoestisch domein waarin geluidgolven zich voortplanten in aanwezigheid van een gemiddeld stromingsveld. De koppeling tussen beide deelgebieden is verwezenlijkt met zowel een akoestische analogie formulering als met aero-akoestische randvoorwaarden. De nadruk van dit doctoraat ligt vooral op de voortplanting van akoestische golven in een bewegend medium en de mogelijkheid van de verschillende koppeltechnieken om tonale aero-akoestische fenomenen te voorspellen. Als voortplantingsvergelijkingen worden de gelineariseerde Euler vergelijkingen en een irrotationale variant, de akoestische perturbatievergelijkingen gediscretiseerd met een hogere orde eindige differentiemethode met kleine dispersie en dissipatie fouten. Deze vergelijkingen worden door de verschillende koppelingsmethoden gelinkt met een eindige volume LES solver die speciaal ontwikkeld is voor aero-akoestische simulaties. Een validatie van zowel de propagatievergelijkingen als de verschillende koppelingsstrategieen is uitgevoerd voor een aantal standaard gebruikt aero-akoestische benchmark problemen. Hieruit wordt besloten dat een onderscheid tussen de aerodynamische en akoestische fluctuaties nodig is, vooral vooraero-akoestische toepassingen in subsone gedwongen stromingen. In deze context is er een aerodynamische/akoestische filteringsmethode ontwikkeld en succesvol gevalideerd. Op deze wijze is er algemene numerieke voorspellingsmethodiek ontwikkeld die het toelaat om op een nauwkeurige wijze zowel de geluidgeneratie als propagatie te betuderen in gedwongen subsone stromingstoepassingen. This work aims at the development of numerical methods for the analysis of noise generation and propagation in confined subsonic flows. The adopted approach is a hybrid aero-acoustics technique which decomposes the computational domain in two different subdomains: a source region, where an aerodynamic flow field is generating noise and an acoustic domain, where acoustic waves are propagated in the presence of a mean flow. The coupling between both regions is elaborated using equivalent source term formulations or through aero-acoustic boundary conditions. This dissertation focuses mainly on the propagation of acoustic waves in a moving medium and the ability of the these coupling techniques to predict accurately tonal aerodynamic noise phenomena. The linearized Euler equations and an irrotational variant, the Acoustic Perturbation Equations are the main propagation equations. They are discretized using high-order finite-difference techniques with low dispersion and dissipation errors, which are through the different coupling strategies, linked with a finite volume Large Eddy Simulation solver, specially designed for aeroacoustic applications. A validation of both the propagation equation and the different coupling techniques is carried out for a number of aero-acoustic benchmark problems. It is shown that, especially for confined subsonic flow applications a distinction between aerodynamic and acoustic fluctuating variables is needed and a new aerodynamic/acoustic filtering technique is developed. In this way, a general numerical technique is developed and validated which allows to study in an accurate way both the aerodynamic noise generating mechanisms and the propagation of acoustic waves in a non-quiescent medium for subsonic confined flow applications. Door de almaar strenger wordende geluidsreglementeringen, wordt er steeds meer aandacht besteed aan het onderzoek naar de vermindering van geluid. Één van de bronnen van geluidoverlast is het zogenaamde stromingsgeluid (aëro-akoestiek) dat veroorzaakt wordt door de aanwezigheid van een turbulente stroming, een aerodynamische opwekking. Voorbeelden van gunstige vormen van strominggeluid zijn terug te vinden bij muziekinstrumenten zoals de trompet, het orgel en de saxofoon. Het overgrote deel van dit aerodynamisch opgewekt geluid wordt echter als nadelig ervaren. Denken we maar aan het landingsgeluid van vliegtuigen, het geluid in een auto door een open (dak)raam of het geluid van de kleine ventilatoren die veelvuldig geïnstalleerd worden in ijskasten en computers. Tegenwoordig zijn er vaak uitgebreide, dure en tijdsintensieve meetcampagnes op verschillende prototypes nodig voor het ‘stromingsgeluidarme’ ontwerp van deze verschillende componenten. Vandaar, dat dit onderzoek zich richt op de ontwikkeling van numerieke tools om dit stromingsgeluid te voorspellen. Dit laat toe om al in een pril ontwerpstadium bepaalde wijzigingen aan te brengen en kan op langere termijn de prototypetesten vervangen. Als toepassingsdomein bestudeert dit onderzoek voornamelijk subsone en gedwongen stromingen, die voorkomen in uitlaatdempers van auto’s, HVAC installaties en andere leidingsystemen. Due to the ever more restrictive legal regulations regarding noise emissions and human response to noise in domestic areas and in working and living environments as well as the growing customer demand for noise comfort, the research in the field of acoustics has grown significantly during the past decades. One of the sources of noise nuisance is flow noise (aeroacoustics) which is cause by the presence of a turbulent flow field. Examples of beneficial flow noise are encountered in musical instruments such as a trumpet, an organ and a saxophone. The major part of this aerodynamically generated noise is however perceived as a form of nuisance. The landing noise of airplanes, de noise generated by opening the sunroof or side window of a car or the noise caused by the small fans that are commonly installed in refrigerators and computers are all examples of this kind of aerodynamic noise. At present, expensive and time-consuming experimental campaigns are required to reduce the flow noise emission from these different components. For this reason, this Ph.D. research focuses on the development of numerical prediction tools to simulate this aerodynamically generated noise. This allows make certain modifications already at the start of the design. As major application this research studies confined, subsonic flows, which are encountered in automotive muffler applications, HVAC installations and other duct systems. ER -