Análise e validação de modelo de simulação numérica para previsão de ruído aerodinâmico utilizando OpenFOAM e Libacoustics

Abstract

A análise e a predição do ruído tornaram-se, nas últimas décadas, tarefas essenciais em projetos de engenharia, especialmente do setor aeronáutico em que as normas e regulamentações acerca da emissão de ruído estão cada vez mais rígidas. Uma forma bastante comum de realizar essa tarefa é por meio de simulação numérica. Embora já existam muitos softwares voltados para essa finalidade, ainda são poucas as opções de código livre. Neste trabalho é realizada uma análise e validação de um modelo de simulação numérica em OpenFOAM, aliado à biblioteca libAcoustics, para previsão de ruído aerodinâmico. A libAcoustics é uma biblioteca distribuída gratuitamente e que utiliza analogias acústicas, como de Curle e de Ffowcs WilliamsHawkings, para prever o ruído no campo distante. Para fins de análise e validação, o caso de escoamento em torno de cilindros em tandem foi selecionado. Testes de sensibilidade ao refino de malha e posicionamento das superfícies para cálculo do ruído foram efetuados. Em relação ao refino de malha, notou-se uma sensibilidade, principalmente, ao nível de refino da direção da largura dos cilindros. Os resultados acústicos apresentaram sensibilidade significativa às dimensões das superfícies de Ffowcs Williams-Hawkings. Esse comportamento pode estar atribuído à presença de ruído espúrio em superfícies fechadas que não sejam suficientemente longas. De forma geral, os resultados apresentaram boa concordância com os dados experimentais, destacando a capacidade do modelo de simulação analisado em prever o ruído gerado por este tipo de configuração.

Noise analysis and prediction has become, in the last decades, a crucial task in engineering projects, especially in the aeronautical sector, since norms and regulations regarding noise emission are increasingly strict. A common approach to accomplish this task is through numerical simulation. Although several softwares are avaliable for this purpose, there are still few open source options. In this work, an analysis and validation of a numerical simulation model in OpenFOAM, combined with the libAcoustics library for prediction of aerodynamic noise, is performed. LibAcoustics is an opensource library containing acoustic analogies, such as Curle and Ffowcs Williams-Hawkings, to predict far-field noise. For analysis and validation purposes, the case of flow over cylinders in tandem was selected. Sensitivity tests for grid refinement and and for the position of the surfaces used for noise calculation were performed. Regarding mesh refinement, results showed, mainly, sensitivity to the level of refinement in the spanwise direction. Acoustic results showed significant sensitivity to the dimensions of the surfaces of Ffowcs Williams-Hawkings. This behavior can be attributed to the ocurrence of spurious noise on closed surfaces that are not long enough. In general, the results showed good agreement with the experimental data, highlighting the capabilities of the analyzed simulation model to predict noise generated by this type of configuration.