Desenvolvimento de uma ferramenta computacional baseada no método de lattice Boltzmann para a investigação da acústica interna de dutos

Abstract

A análise da irradiação ao sonora de dutos que transportam escoamentos ainda é um desa?o, tendo em vista a complexa interaçãoo entre o som e o campo ?uidodinâmico, a qual transforma de maneira signi?cativa o comportamento desses sistemas. Neste contexto, abordagens analíticas ou experimentais podem se tornar inviáveis devido à grande comple- xidade matemática ou aos altos custos de bancada. Para contornar esse problema, faz-se o uso de métodos numéricos. Nesse trabalho é desenvolvido e validado uma ferramenta computacional para análise do coe?ciente de re?exão de modos normais em dutos na presença de escoamentos de baixa compressibilidade, limitados pelo número de Mach=0,2. Para tanto, utilizou-se o método de lattice Boltzmann, a partir do qual foram implementadas diferentes condições de contorno necessárias para a captura dos fenômenos fundamentais envolvidos no problema. Para a implementação computacional foi utilizado o software livre Palabos e nele foi constituído um modelo numérico tridimensional de um duto não ?angeado. Nesse modelo numérico foram abordados condições sem escoamento, com escoamento de exaustão e com escoa- mento succionado para validar a ferramenta computacional, resultando em boas concordâncias com a literatura vigente, além de propiciar mais informações sobre regimes de succão no que diz respeito a interação de vórtices com o campo acústico.

Abstract : The analysis of the sound irradiation of ducts that transport ?ows is still a challenge, considering the complex interaction between the sound and the dynamic ?uid ?eld, which signi?cantly transforms the behavior of these systems. In this context, analytical or experimental approaches may become impractical due to the great mathematical complexity or high experimental costs. To overcome this problem, numerical methods are used. In this work, a computational tool for analysis of the re?ec- tion coe?cient of normal modes in ducts in the presence of low com- pressibility ?ows, limited by the number of Mach=0,2, is developed and validated. In order to do so, the lattice Boltzmann method was used, that di?erents boundary conditions were implemented to capture the fundamental phenomena involved in the problem. For the com- putational implementation, the free software Palabos was used and a three-dimensional numerical model of a non-?anged duct was used. In this numerical model, conditions with no ?ow, exhaust ?ow and suction ?ow were approached to validate the computational tool, resulting in good agreements with the current literature, providing more informa- tions about suction regimes with respect to the interaction of vortices with the acoustic ?eld.