استفاده از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ برای بررسی تاثیر تغییر زاویه جریان بر محاسبات ایروآکوستیکی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-10 (10)

کد مقاله : 1073-ISAV2022 (R1)

نویسندگان

¹گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی،‌ دانشگاه ملایر،‌ایران

²دانشجو کارشناسی ارشد دانشگاه اراک دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه اراک

چکیده

در این پژوهش نسبت به سنجش سطح فشار صوت حاصل از جریان ایرودینامیکی در اطراف ایرفویل سه‌بعدی متقارن اقدام شده است. برای محاسبه نوسانات فشاری از معادلات گذرای ناویر-استوکس در ترکیب با روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ LES استفاده شده است. شدت صوت با استفاده از معادلات تشابه آکوستیکی بدست آمده است. نتایج حل با استفاده از داده‌های تجربی اعتبارسنجی گردیده است. در جریان داخل تونل باد که برای اعتبارسنجی استفاده شده است، زاویه حمله موثر جریان تحت تاثیر فاصله نزدیک دیواره‌ها تغییر می‌کند. بدین منظور تصحیح اثر دیواره تونل باد بر زاویه حمله محلی صورت گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش زاویه حمله قبل از شروع واماندگی، سطح فشار صوت نیز افزایش می‌یابد. همچنین تصحیح اعمال شده به زاویه حمله باعث بهبود انطباق نتایج شبیه‌سازی با داده‌های تجربی شده است. پس از آن تضعیف صوت در اثر فاصله بررسی شده است و تقریبا یک دسیبل به ازای هر متر کاهش در میانگین کلی سطح فشار صوت مشاهده شد. در بررسی نحوه انتشار صوت در زوایای مختلف نیز مشاهده شد که صوت دوقطبی مکانیسم غالب در این تحقیق بوده است.

کلیدواژه ها

اکوستیک؛ ‌ایرودینامیک؛ ایرفویل؛ شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ

Title

Investigation of the effect of airfoil angle of attack modification in acoustic calculations Using the LES method

Authors

Hamidreza Kaviani, Ehsan Bashtalam

Abstract

In this research, the sound emission from the aerodynamic flow around the three-dimensional NACA-0012 airfoil has been calculated. Transient Navier-Stokes equations have been applied to calculate pressure fluctuations in combination with the large eddy simulation method. The sound intensity is obtained using the Fox-Williams and Hawkins acoustic analogy equations. The solution results have been validated using experimental data. For the wind tunnel flow, the effective angle of attack changes in the vicinity of the walls. For this purpose, the local angle of attack has been corrected. The results show that with a 1.3-degree increase in the angle of attack, the sound pressure level increases by 1.64 decibels. Also, the correction applied to the angle of attack has improved the conformity of the simulation results with the experimental data. After that, sound attenuation due to distance has been investigated and almost one decibel per meter decrease in the overall average sound pressure level-OASPL was observed. In the investigation of sound propagation at different angles, bipolar waves were also recognized as the dominant acoustic mechanism.

Keywords

Acoustics, Aerodynamics, airfoil, LES

مراجع

]1[ H. Kaviani and A. Nejat, "Aerodynamic noise prediction of a MW-class HAWT using shear wind profile," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 168, pp. 164- 176, 2017. ]2[ A. Tadamasa and M. Zangeneh, "Numerical prediction of wind turbine noise," Renewable Energy, vol. 36, pp. 1902-1912, 7// 2011. ]3[ C. Stone, C. E. Lynch, and M. J. Smith, "Hybrid RANS/LES simulations of a horizontal axis wind turbine," in 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA-2010-459, Orlando, FL, 2010. ]4[ H. Kaviani and A. Nejat, "Aeroacoustic and aerodynamic optimization of a MW class HAWT using MOPSO algorithm," Energy, vol. 140, pp. 1198-1215, 2017. ]5[ H. Kepekci, B. Zafer, and H. R. Guven, "Aeroacoustics investigations of unsteady 3D airfoil for different turbulence models using computational fluid dynamics software," FEBFRESENIUS ENVIRONMENTAL BULLETIN, p. 7564, 2019. ]6[ C. Wagner, T. Hüttl, and P. Sagaut, Large-eddy simulation for acoustics vol. 20: Cambridge University Press, 2007. ]7[ M. V. Salvetti, V. Armenio, J. Fröhlich, B. J. Geurts, and H. Kuerten, Direct and Large-Eddy Simulation XI: Springer International Publishing, 2019. ]8[ P. Sagaut, Large eddy simulation for incompressible flows: an introduction: Springer Science & Business Media, 2 .006 ]9[ F. Nicoud and F. Ducros, "Subgrid-scale stress modelling based on the square of the velocity gradient tensor," Flow, turbulence and Combustion, vol. 62, pp. 183-200, 1999. ]10[ M. J. Lighthill, "On sound generated aerodynamically. I. General theory," in Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1952, pp. 564-587. ]11[ J. F. Williams and D. L. Hawkings, "Sound generation by turbulence and surfaces in arbitrary motion," Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 264, pp. 321-342, 1969. ]12[ https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/17.0/en-s/help/flu_th/flu_th_sec_acoust_fwh.html. ]13[ T. F. Brooks, Pope, D. S. and Marcolini ,M. A., "Airfoil self-noise and prediction " 1989. ]14[ W. R. Wolf, Airfoil aeroacoustics, les and acoustic analogy predictions: Stanford University, 2011. ]15[ F. R. Menter, "Best practice: scale-resolving simulations in ANSYS CFD-Version 2.00," ANSYS Germany GmbH, vol. 1, 2015. ]16[ H. Choi and P. Moin, "Grid-point requirements for large eddy simulation: Chapman’s estimates revisited," Physics of fluids, vol. 24, p. 011702, 2012. ]17[ r. https://www.pointwise.com/yplus/index.html ]18[ "https://volupe.se/wall-y-calculator-when-meshing-a-geometry-for-cfd-analysis-this-handyvolupe-calculator-computes-the-height-of-the-first-mesh-cell-off-the-wall-required-toachieve-a-desired-y-using-flat-plate-boun/, Retrieved at 4/19/2022". ]19[ C. L. Ladson, A. S. Hill, and W. G. Johnson Jr, "Pressure distributions from high Reynolds number transonic tests of an NACA 0012 airfoil in the Langley 0.3-meter transonic cryogenic tunnel," 1987. ]20[ T. ISO, "43, ISO 266: 1997, Acoustics: preferred frequencies for measurements," International Organization for Standardization (ISO), Geneva, Switzerland, 1997.