Oscilações aeroacústicas em tubos com ressonadores acoplados

Abstract

A utilização de tubos ressonantes aplicados em dutos consiste em uma alternativa viável de silenciadores acoplados, promovendo significativas reduções em bandas amplas de freqüência. Contudo, a presença do escoamento no duto principal pode resultar em significativas oscilações aeroacústicas que podem eventualmente comprometer a utilização destes dispositivos. Oscilações aeroacústicas induzidas pelo escoamento caracterizam-se pelo regime não linear referente à interação entre a fonte acústica com o campo acústico. A existência de mecanismos de re-alimentação oriundos de tais interações resulta no surgimento de fenômenos complexos relacionados à descrição da dinâmica citada. O processo de re-alimentação induzido pelo próprio campo acústico deve-se ao acoplamento entre o campo acústico intrínseco à cavidade ressonante com as instabilidades da camada cisalhante formada na interface entre o escoamento no duto principal e o gás estagnado na cavidade. O presente trabalho considera oscilações auto-sustentadas em dutos na presença de tubos ressonantes. Simulações numéricas das equações de Navier-Stokes para a formulação de escoamento compressível bi-dimensional em regime transiente são realizadas com o emprego de modelos de turbulência do tipo URANS, com o propósito de descrever o fenômeno. Um modelo teórico simplificado para descrição de fontes aeroacústicas é utilizado com a finalidade de prever quantitativamente a amplitude da re-alimentação do campo acústico através de uma abordagem analítica. Nota-se que dependendo das condições do escoamento, a amplitude de re-alimentação em sua totalidade é subestimada ou superestimada pelos modelos numéricos e analíticos. A configuração analisada consiste na aplicação de um único ressonador, embora considerações sobre a existência de oscilações aeroacústicas induzidas em dutos com ramificações laterais do tipo co-axial tenham sido efetuadas. A abordagem experimental de tal fenômeno foi também realizada, permitindo caracterizar a existência da re-alimentação induzida, e de forma concomitante o efeito do escoamento sobre as ressonâncias internas do sistema acústico considerado.