An analytical investigation of the attenuation performance of ducts under mean flow and lined walls

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Guilherme Augusto Daniel da
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/46231
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2022.
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spelling An analytical investigation of the attenuation performance of ducts under mean flow and lined wallsRuído aeroacústicoAeroacústicaLiners acústicosDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2022.Turbo máquinas como fans, compressores e turbinas estão entre as mais importantes fontes de ruído aeroacústico. Tipicamente, a interação aeroacústica entre as pás do rotor e estator de turbofans aeronáuticos geram ruídos tonais que se propagam ao longo do duto da nacele e tem grande contribuição no ruído aeronáutico total gerado por aeronaves modernas. Os modos acústicos gerados dessa interação dependem do número de pás do rotor e do estator, conhecido como relação de Tyler e Sofrin. Nesse sentido, liners acústicos empregados nas paredes na nacele são comumente utilizados para controle de ruído, utilizando o mecanismo de ressonadores de Helmholtz para atenuação acústica. Neste trabalho, propõe-se uma investigação analítica dos modos acústicos resultantes da interação rotor-estator em dutos com liners e fluxo médio. Apesar da existência de expressões analíticas, estas não se apresentam de forma fechada e requerem esquemas numéricos para busca de raízes em equações transcedentais ao mesmo tempo que se faz o rastreamento dos modos correspondentes em uma certa banda de frequência. Estes resultados são utilizados para se contruir uma curva de dispersão de ondas dos modos acústicos, i.e., seus números de onda como uma função da frequência. A partir destas curvas, o desempenho de atenuação de liners pode ser investigado através da frequência de corte do modo e do comportamento da parte imaginária do número de onda. Primeiramente, propõe-se uma validação da metodologia implementada, que se utiliza do Método de Muller, a partir de resultados encontrados na literatura. Então, três modelos diferentes de liners são investigados, o modelo de Tam and Auriault, um modelo de um e dois grau de liberdade para ressonadores de Helmholtz. A evolução das formas modais radiais ao longo da frequência também é mostrada e discutida. Além disso, apresenta-se uma interpretação física das curvas de dispersão para cada modelo de liner. Mostra-se que eles apresentam diferenças qualitativas e quantitativas em termos de desempenho de atenuação e principal mecanismo de atenuação. A abordagem proposta tem o potencial de ser utilizada como uma metodologia de baixo custo computacional para projeto e desenvolvimetno atenuadores acústicos em dutos com liners.Turbo machines such as fans, compressors and turbines are among the most important sources of aeroacoustic noise. Typically, the aeroacoustic interaction between the rotor and stator blades of aeronautical turbofan generates tonal noises that propagate along the nacelle duct and has great contribution in the total aeronautical noise generated by modern aircraft. The acoustic modes generated from this interaction depend on the number of blades of the rotor and the stator, known as the Tyler and Sofrin relationship. In this sense, acoustic liners used in the nacelle walls are commonly used for noise control, using the Helmholtz resonator mechanism for acoustic attenuation. In this work, an analytical investigation is proposed for the acoustic modes resulting from the rotor-stator iteration of lined ducts with mean flow. Despite of the existence of analytical expression, these are not in closed form expression and require numerical schemes for root-finding in transcendental equations while also tracking their corresponding modes over a certain frequency band. Subsequently, these results are used to construct the wave dispersion curve of the acoustic modes, i.e., their wavenumber as a function of the frequency. From these curves, the attenuation performance of the liners can be investigated based on the frequency of the cut-on mode and on the behaviour of the imaginary part of the wavenumber. First, a numerical validation of the implemented methodology, using the Muller’s method, is proposed using results from the literature. Then, three different models for liners are investigated, the Tam and Auriault model, and the single degree of freedom and the two degrees of freedom Helmholtz resonator models. The evolution of the radial mode shapes along the frequency is also shown and discussed. In addition, the physical interpretation of the obtained dispersion curves for the different liners’ models is discussed. It is shown that they present significant qualitative and quantitative differences in terms of attenuation performance and main attenuation mechanism. The proposed approach has the potential of being used as a low cost computational design methodology for acoustic attenuation in lined ducts.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasFabro, Adriano TodorovicPimenta, Bráulio Gutierrezguilhermeaugusto7737@gmail.comSilva, Guilherme Augusto Daniel da2023-08-02T21:00:10Z2023-08-02T21:00:10Z2023-08-022022-07-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA, Guilherme Augusto Daniel da. An analytical investigation of the attenuation performance of ducts under mean flow and lined walls. 2022. viii, 94 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/46231enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-08T21:40:00Zoai:repositorio.unb.br:10482/46231Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-08T21:40Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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