Análise de modelos de previsão do escoamento e do ruído acústico de jatos subsônicos gerados por bocais serrilhados

Abstract

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.O presente trabalho analisa métodos de previsão do escoamento e do ruído acústico de jatos subsônicos (Re=1,38x106 e M=0,9). Além disto, investigam-se também os efeitos de bocais serrilhados no desenvolvimento do jato e como mecanismo passivo de controle de ruído. A formulação híbrida de simulação adotada consiste em se resolver primeiramente o campo do escoamento turbulento e, posteriormente, avaliar o ruído acústico no campo distante. Dois modelos de turbulência baseados no conceito de média de Reynolds foram testados para a solução do escoamento: o modelo k-e cúbico e o modelo de transporte do tensor de Reynolds. Além disto, previsões do ruído foram realizadas com o emprego da analogia acústica de Lighthill e da analogia acústica de Ffowcs-Williams e Hawkings. Comparações entre resultados numéricos e experimentais de perfis de velocidade e tensões de Reynolds mostraram que os modelos de turbulência supracitados são capazes de prever o efeito do bocal serrilhado sobre o escoamento de forma satisfatória. Por outro lado, os métodos de previsão de ruído acústico implementados no código comercial CFD++/CAA++ se mostraram inadequados em todas as situações de escoamento investigadas.The present study considers an assessment of numerical methods to predict the fluid flow and the acoustic noise of subsonic jets (M = 0.9 and Re=1.38x106). Additionally, the roles of chevron nozzles on the flow development and as a passive noise control device are also investigated. The adopted hybrid simulation approach initially solves the turbulent field flow, which is then used as input data for estimates of far-field noise. Two turbulence models within the frame of the Reynolds averaging concept were tested for the field flow solution: the cubic k-e model and the Reynolds stress transport model. Moreover, predictions of acoustic noise were carried out through the Lighthill analogy and the Ffowcs-Williams and Hawkings analogy. Comparisons between numerical and experimental results for velocity and Reynolds stresses showed that the aforementioned turbulence models are capable of satisfactorily predict the effect of chevron nozzles on the field flow. On the other hand, the methods based on the two acoustic analogies implemented in the commercial software CFD++/CAA++ were seen to be inadequate for estimates of noise in all flow conditions