Cômputo direto do ruído gerado por escoamentos subsônicos, transônicos e supersônicos em cavidades retangulares

Abstract

O estudo do ruído gerado por escoamentos em cavidade é de vital importância para o desenvolvimento da indústria aeronáutica no que concerne à diminuição do nível de ruído emitido pelas aeronaves. Seja em compartimentos de trem de pouso, espaços entre junções de placas ou em qualquer outro tipo de cavidade presente na aeronave, os níves de ruídos emitidos nesses locais contribuem significativamente à emissão sonora pela aeronave como um todo. Em vista disso, deve-se em primeiro lugar realizar um estudo para se entender o mecanismo de geração sonora presente tanto no interior como na região externa à cavidade. Para tanto, realizam-se neste trabalho simulações numéricas computacionais do escoamento bidimensional laminar e compressível em cavidades retangulares, cujo foco principal é a análise do ruído gerado, a fim de se detectar as fontes principais, bem como entender as características inerentes aos modos de camada cisalhante, de esteira e de escoamento aberto observados neste trabalho. Os resultados são comparados aos obtidos por Rowley em seu trabalho. As equações da mecânica dos fluidos, em suas formulações completas, são resolvidas numericamente por meio de uma discretização em volumes finitos, cuja metodologia é proposta por Ducros. Esta metodologia é implementada ao código numérico por Bobenrieth e Mendonça, para a resolução do campo aeroacústico. Os regimes de escoamento empregados variam do subsônico, transônico e supersônico, com valores de Mach do escoamento não perturbado entre 0,6 e 1,1. O número de Reynolds utilizado para todos os casos é 3.000 e as cavidades empregadas possuem razões entre comprimento e profundidade de 2 e 4. Os resultados indicam que o campo de vorticidade interno à cavidade, a relação entre comprimento e profundidade da cavidade, bem como a extensão da camada cisalhante sobre a região de abertura da cavidade são um dos principais fatores que ditam a intensidade do campo aeroacústico gerado. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

he study of the noise generated from flows past cavities has been gaining more impor- tance over the years due to more strict rules for aicraft noise reduction. The problem of aircraft noise is so serious in the vicinity of many of the world’s airports that public reaction is mounting to a degree that gives cause for great concern and requires urgent so- lution. Based on this issue, the objectiveof this work is the direct numericalcomputation of the far-field and near-field noises generated by laminar and two-dimensional subsonic, transonic and supersonic flows over rectangular cavities. The compressible Navier-Stokes equations are numerically solved using a finite volume discretization where the fluxes are computed using the skew-symmetric form of Ducros fourth-order numerical scheme while the time marching process is achieved using a third-order Runge-Kutta scheme proposed byShu. Thecavitylengthtodepthratiosforthecasesanalyzedare2and4. TheReynolds number for all the simulations is 3,000 and the Mach number ranges from 0.6 to 1.1. The main goals of this work are the detection of the most relevant sources of noise inside the cavity, and to understand the mechanism that characterizes the shear layer mode, wake mode and the open cavitymode observed in this work. The results are compared to those presented by Rowley et al. [39] in their work. The results show that the vorticity field inside the cavity, the cavity length to depth ratio and the spreading of the shear layer over the cavity mouth are one of the main factors that dictate the intensity of the noise generated by the cavity flow field.