Implementação numérica de condições de contorno para representação de impedância acústica na presença de escoamento potencial e cisalhante

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Implementação numérica de condições de contorno para representação de impedância acústica na presença de escoamento potencial e cisalhante

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Title: Implementação numérica de condições de contorno para representação de impedância acústica na presença de escoamento potencial e cisalhante
Author: Seki, Leonardo Augusto
Abstract: Motores aeronáuticos modernos usam um tratamento acústico chamado de \emph{liner}, formado geralmente por uma placa perfurada cobrindo um arranjo de cavidades. Esse tratamento é tipicamente caracterizado por sua impedância acústica. No entanto, a presença de escoamento rasante na superfície do \emph{liner} levanta diversas questões referentes à forma correta de modelar esse tratamento acústico matematicamente. A abordagem mais comum é usar a condição de contorno de Ingard-Myers, que assume uma camada limite de espessura infinitesimal. Alguns trabalhos, numéricos e experimentais, apontam problemas nessa modelagem. Condições de contorno alternativas foram propostas, sendo que algumas produzem resultados melhores que a condição de Ingard-Myers quando comparadas com modelos de alta fidelidade. Nesse trabalho, as condições de contorno disponíveis são analisadas, e uma delas é escolhida para ser implementada em um software de Elementos Finitos. É realizada a derivação da formulação fraca necessária para a implementação, que é então validada através de uma comparação com um modelo analítico para uma geometria simples. Por fim, a nova condição de contorno é usada para modelar casos reais envolvendo uma bancada de ruído de fan, e uma geometria típica de motor aeronáutico.Abstract: Modern aircraft engines include an acoustic treatment called liner, typically composed of a perforated plate covering an array of cavities. This treatment is usually characterized by it's acoustic impedance. However, the presence of slipping flow on the surface of the liner leads to issues regarding the proper way to mathematically model it's acoustic impedance. The Ingard-Myers boundary condition is the most widely used approach to modelling this behavior, accounting for a boundary layer of infinitesimal thickness. The shortcomings of this boundary condition have been the subject of several published works, in both numerical and experimental applications, and alternatives have been proposed by some authors. Some of these alternative boundary conditions have been shown to give better than the Ingard-Myers boundary condition when compared to high-fidelity numerical models. In this work, alternative acoustic impedance boundary conditions will be reviewed, and one will be chosen for Finite Element Method (FEM) implementation. The derivation of the necessary weak form will be presented, and the implementation will be validated by comparison with an analytical solution for a simple case. Then this alternative boundary condition will be tested in real world applications, in models representing an experimental fan noise test rig and a typical aircraft engine intake.
Description: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021.
URI: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/226918
Date: 2021


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