محاسبه عددي صداي حاصل از جريان باد حول سيلندر و تصحيح شدت صوت با افزايش طول

Numerical calculation of the sound produced by the wind flow around the cylinder and correction of the sound amplitude by increasing the length

در تحقيق حاضر، از توانايي حل عددي نرم‌افزار انسيس فلوئنت استفاده شده است تا صداي توليد شده توسط جريان سرعت بالا بر روي يك استوانه با استفاده از قياس آكوستيكي لايت‌هيل محاسبه شود. محاسبات بر روي يك استوانه (بخشي از ارابه فرود هواپيما) در سرعت 70 متر بر ثانيه (سرعت نشست و بر خواست هواپيماهاي مسافربري) انجام شده است. در روش حاضر، ابتدا مسئله همانند يك حل عددي معمولي به صورت گذرا با زمان انجام مي‌شود. در طي حل، اطلاعات منابع توليد نويز آيروديناميكي به‌عنوان ورودي تحليل‌هاي آكوستيكي در فايل‌هايي ذخيره مي‌شود. سپس با حل معادلات آكوستيكي، ميزان صداي توليد شده (با واحد دسيبل) در نقاطي كه از پيش به عنوان ميكروفون در مختصات دلخواه تعريف شده‌اند، محاسبه مي‌گردد. هدف از اين تحقيق، علاوه بر بررسي توانايي حل عددي فلوئنت در محاسبه صداي حاصل از جريان، استفاده از روشي براي تخمين ميزان افزايش صدا با افزايش طول سيلندر مي‌باشد. در اصل با توجه به زمان‌گير بودن حل عددي، مي‌توان صداي طول كوچكي از سيلندر را محاسبه كرد و بعد با استفاده از تقريب مهندسي، صداي جريان حول سيلندر با طول‌هاي بزرگتر را تخمين زد. پس از انجام محاسبات لازم، نتايج مدل‌سازي به‌صورت منحني‌هاي سطح فشار صوت حاصل از آنالوژي آكوستيكي و آناليز طيفي فوريه، ارائه شده‌است. نتايج حل نشان مي‌دهد كه مدل آشفتگي شبيه‌سازي گردابه بزرگ مناسب‌ترين مدل براي شبيه‌ سازي‌هاي آكوستيكي مي‌باشد. همچنين فشار صوتي حاصل از روش تخميني براي بررسي اثر افزايش طول سيلندر، تطابق خوبي با نتايج تجربي دارد.

In the present study, the numerical solution of the Ansys Fluent software has been used to calculate the sound produced by the high-speed flow on a cylinder using the Lighthill acoustic analogy. The calculations were carried out on a cylinder (part of the landing gear) at a speed of 70 m/s (take-off and landing speeds of airliners). The problem is initially caried out as a regular unsteady numerical solution. During the solution, aerodynamic noise data sources are stored as inputs of acoustic analyzes in files. Then, by solving the acoustic equations, the volume of produced sound (in decibel) is calculated at points that are pre-defined as the microphone in the desired coordinates. The purpose of this study is to study the ability of Fluent solution to calculate the sound generated by the flow, in addition of using a method for estimating the amount of sound increase by increasing the length of the cylinder. In the other words, due to the timing of the numerical solution, one can calculate sound generated by small length cylinder, and then, using engineering approximation, it estimates the sound of the flow around the larger-length cylinder. After the necessary calculations, results are provided as sound pressure level curves using the acoustic analogy and fourier spectral analysis. The results show that large eddy simulation turbulence model is most appropriate model for acoustic simulations. Also, the approximate method for evaluating the effect of increasing the length of the cylinder is in good agreement with the experimental results.