Numerical analysis of Helmholtz resonators under linear and nonlinear excitation in subsonic flow

Abstract

Situados nas entradas de dutos de bypass, os liners também podem ser usados na região de interstage de turbofans com alto bypass ou entre os rotores coaxiais utilizado em eVTOLs. Nestas regiões, o I é submetido a uma componente tangencial de velocidade associada a fortes efeitos não lineares, que podem diminuir significativamente seu desempenho. Neste trabalho, uma abordagem numérica é proposta para investigar a interação acústica de um liner em um duto com fontes de ruído não lineares quando submetidos a um escoamento subsônico. As simulações foram conduzidas utilizando-se as equações de Euler para modelar um escoamento invíscido, transiente e compressível. O método de fronteira imersa é utilizado para impor as condições de contorno associadas à geometria de uma matriz de ressonadores e um canal com simetria plana. Os principais resultados incluem: um canal simples com escoamento e fonte de pressão; um canal com ressonadores e escoamento; e também um canal com ressonadores, escoamento e fonte de pressão. Simulações do canal simples mostram o potencial da abordagem numérica proposta para a geração de ondas N com uma frequência e nível de pressão sonora prescritos. Além disso, uma configuração que inclui o duto com ressonadores e fluxo mostra o ruído auto induzido do liner com características de onda N, devido à interação do fluxo com os ressonadores. No terceiro caso, o ruído auto induzido do liner interage com uma fonte distribuída de ruído harmônico de alta amplitude. As respostas no domínio do tempo e da frequência são usadas para discutir o desempenho acústico dessa configuração. Eles mostram que para o primeiro harmônico da fonte não linear, a redução do ruído tonal é de 5 dB, assim como 20 dB para o segundo harmônico, 23,5 dB para o terceiro e 15,5 dB para o quarto. Esses resultados sugerem a ação de uma interferência destrutiva invíscida entre as ondas N geradas pelos revestimentos cilíndricos e as fontes não lineares sob um fluxo alto subsônico em um duto plano.