Predicão numérica do ruído tonal para o advanced noise control fan

Abstract

O presente trabalho tem tres objetivos principais. O primeiro e entender a naturezamodal da geracao e da propagacao tonal do som em fans atraves de uma visao integradaentre as teorias de geracao e propagacao modal em fans existentes. O segundo e simularo problema da interacao entre a cascata de estator e a rajada proposto no Fourth CAAWorkshop on Benchmark Problems e validar os resultados num_ericos obtidos utilizandoo codigo VAT (Virtual Aeroacoustic Tunnel), baseado no metodo da fronteira imersade alta ordem proposto pelo Laboratorio de Aeroacustica Computacional da Universidadede Brasília (Computational Aeroacoustics Laboratory - CAALab). Os resultadosobtidos neste benchmark bidimensional para as utuacoes de press~ao e de velocidadeaxial, bem como os níveis de pressao sonora totais, sao apresentados para o primeiro, osegundo e o terceiro harmonicos da frequencia de passagem das pas. O terceiro objetivodeste trabalho e desenvolver e validar uma metodologia numerica capaz de predizer ageracao e a propagacao em fans reais. Esta metodologia numerica e implementada naferramenta de simulacao PowerFLOW, baseada no metodo de LatticeBoltzmann, e osresultados numericos são validados atraves da comparacao com resultados experimentaisde alta qualidade disponibilizados para o Advanced Noise Control Fan (ANCF)pelo departamento de Aeroacustica do NASA Glenn Research Center. Os resultados numericos e experimentais mostram o mesmo modo rotativo dominante, ambos emconcordancia com as teorias de geracao e propaga_c~ao modal em fans. Alem disso,os espectros de SPL dos resultados numericos sao comparados com os resultados experimentaispara 7 sondas de campo distante, sendo tres delas localizadas no arco amontante e 4 delas no arcoa jusante do ANCF. Uma vez que os resultados numericose experimentais s~ao comparados para 7 sondas diferentes para o primeiro e o segundo harmonicos da frequencia de passagem das pas, um total de 14 pontos de comparacao sao gerados e para quase 2/3 destes pontos a magnitude do erro e inferior a 3dB. Esses numeros mostram uma excelente concordancia entre os resultados numericos e experimentais,validando a metodologia numerica proposta neste trabalho para a predião do ruído tonal em fans. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work has three main objectives. The first one is to understand the modalnature of tonal sound generation and propagation in fans, by presenting an integratedreview of fan mode generation and propagation theory. The second one is to simulatethe cascade-gust interaction problem proposed in the Fourth CAA Workshop onBenchmark Problems and to validate the numerical results obtained using the VirtualAeroacoustic Tunnel (VAT) code, based on a high order immersed boundary methodproposed by the Computational Aeroacoustics Laboratory (CAALab) of the Universityof Brasilia. The results obtained in this two dimensional benchmark for the pressureand axial-velocity uctuations, as well as the overall sound pressure levels, are presentedfor the rst, second and third harmonics of the bladepassing frequency. Thethird objective of this work is to develop and validate a numerical methodology thatis able to predict the noise generation and propagation in actual fans. This numericalmethodology is implemented in the simulation tool PowerFLOW, based on theLattice-Boltzmann method and the numerical results obtained are validated by comparisonwith the high quality experimental results made available for the AdvancedNoise Control Fan (ANCF) by the Aeroacoustics Branch of NASA Glenn ResearchCenter. The numerical and experimental results show the same dominant spinningmode, both in accordance with the fan mode generation and propagation theory. Also,the SPL spectra of the numerical results are compared with the experimental measurementsat 7 farfield probes: 3 located in the forward arc and 4 located in the aft arcof the ANCF. Since the experimental and numerical data are compared at 7 di_erentlocations for the rst and second harmonics of the blade-passing frequency, a total of14 comparison points are generated and for almost 2/3 of these points the error magnitudeis less than 3 dB. These comparisons show a very good agreement between thenumerical and experimental results, validating the numerical methodology proposed inthis work for the for tonal noise prediction in fans.