تحلیل عددی نویز موتور جت با عدد ماخ 0/75 با استفاده از روش شبیه‌سازی گردابه‌های جداشده

یاری, احسان; عدمی, محمود; عدالتخواه, سوفیا

تحلیل عددی نویز موتور جت با عدد ماخ 0/75 با استفاده از روش شبیه‌سازی گردابه‌های جداشده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

احسان یاری ¹

محمود عدمی ²

سوفیا عدالتخواه ²

¹ مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

² مجتمع دانشگاهی مکانیک دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

هدف از مقاله حاضر تحلیل عددی نویز انتشاری از یک نازل با ماخ ۰٫۷۵ با استفاده از روش عددی می‌باشد. تحلیل عددی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و نرم‌افزار انسیس-فلوئنت انجام‌شده است. به‌منظور مدل‌سازی اغتشاش جریان حول جت از مدل آشفتگی شبیه‌سازی گردابه‌های جداشده استفاده ‌شده است. شبیه‌سازی گردابه‌های جداشده مدل ترکیبی است که خواص مابین شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ و ناویر–استوکس متوسط‌گیری شده رینولدز را دارد. به دلیل زمان‌بر بودن و پیچیدگی شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ، در این مقاله از شبیه‌سازی گردابه‌های جداشده استفاده‌شده تا داده‌ها سریع‌تر استخراج شوند و دقت آن ارزیابی شود. برای عملکرد از یک جت با قطر ۰٫۰۵ متر در شرایط جریان ناپایا استفاده گردیده‌است. شبکه کاملاً سازمان‌یافته با لایه‌مرزی ایجاد شده است، میزان فشار ورودی ۱۴۷ کیلوپاسکال در نظر گرفته‌شده و در فاصله 30 برابر قطر جت، تعداد ۱۴ دریافت‌کننده در زوایای متفاوت که این فواصل استاندارد در منابع ذکرشده است را در نظر گرفته و نویز را استخراج نموده که بافاصله گرفتن و افزایش زاویه از خروجی جت، نویز کاهش پیدا می‌کند. سطح فشار صوت پیش‌بینی‌شده برای مکان‌های ناظر، دارای میانگین انحراف ۶ دسی‌بل از داده های مرجع بوده و برای اکثر مکان‌ها دارای انحراف حدود 4 دسی‌بل است. داده‌های تجربی مورد استفاده برای اعتبارسنجی توسط آزمایشگاه مطالعات آیرودینامیک پواتیه فرانسه ارائه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موتور جت

آئروآکوستیک

شبیه‌سازی گردابه‌های جداشده

دینامیک سیالات محاسباتی

موضوعات

آیروآکوستیک

عنوان مقاله English

Numerical analysis of jet engine noise with Mach number 0.75 using Detached Eddy Simulation method

نویسندگان English

Ehsan Yari ¹

Mahmood Adami ²

Sofia Edalatkhah ²

¹ Faculty of mechanical engineering, Malek Ashtar university of technology

² Faculty of mechanical engineering, Malek Ashtar university of technology

چکیده English

The aim of this paper is to numerically analyze the noise radiated from a nozzle with Mach 0.75 using a numerical method. The numerical analysis was performed using the computational fluid dynamics method and ANSYS-FLUENT software. In order to model the flow disturbance around the jet, the DES turbulence model was used. DES is a hybrid model that has properties between large vortex simulation and Reynolds-averaged Navier-Stokes. Due to the time-consuming and complex nature of large vortex simulation, in this paper, DES model is used to extract data faster and evaluate its accuracy. A jet with a diameter of 0.05 m was used for operation under unsteady flow conditions. A fully organized network with a boundary layer is created, the inlet pressure is considered to be 147 kPa and at a distance of 30 times the jet diameter, the number of 14 receivers at different angles, which are standard distances mentioned in the sources, is considered and the noise is extracted, which decreases with increasing distance and angle from the jet outlet. The predicted sound pressure level for the observer locations has an average deviation of 6 dB from the measured levels and for most locations it has a deviation of 4.14 dB. The experimental data used for validation was provided by the Aerodynamic Studies Laboratory of Poitiers, France.

کلیدواژه‌ها English

Jet engine

aero-acoustics

Detached eddy simulation

computational fluid dynamics

[1] Suter, Alice H. "Noise and its effects." In Administrative conference of the United States, vol. 14. 1991.

[2] Fuchs, H. V., X. Zha, X. Zhou, and H. Drotleff. "Creating low-noise environments in communication rooms." Applied Acoustics 62, no. 12 (2001): 1375-1396.

[3] Xu, Qiang. "Experimental Study of Jet Noise Characteristics of Series Connected Nozzles." In Fluids Engineering Division Summer Meeting, vol. 41995, pp. 223-226. 2005.

[4] Martens, Steven, and Ludwig Haber. "Jet noise reduction for high speed exhaust systems." In Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, vol. 43161, pp. 805-814. 2008.

[5] Brès, Guillaume A., and Sanjiva K. Lele. "Modelling of jet noise: a perspective from large-eddy simulations." Philosophical Transactions of the Royal Society A 377, no. 2159 (2019): 20190081.

[6] Azarpeyvand, Mahdi. "Some aspects of RANS based jet noise prediction." PhD diss., University of Southampton, 2008.

[7] Melnikova, Valeriia G., Andrey S. Epikhin, and Matvey V. Kraposhin. "The eulerian–Lagrangian approach for the numerical investigation of an acoustic field generated by a high-speed gas-droplet flow." Fluids 6, no. 8 (2021): 274.

[8] Proskurov, Stanislav, Michael Moessner, Roland Ewert, Markus Lummer, and Jan W. Delfs. "Fan noise shielding predictions with a coupled DG/FM-BEM method for installed aircraft engines." In AIAA AVIATION 2021 FORUM, p. 2167. 2021.

[9] Alhawwary, Mohammad A., and Zhi J. Wang. "Implementation of a FWH approach in a high-order LES tool for aeroacoustic noise predictions." In AIAA Scitech 2020 Forum, p. 1724. 2020.

[10] Uzun, Ali, Anastasios S. Lyrintzis, and Gregory A. Blaisdell. "Coupling of integral acoustics methods with LES for jet noise prediction." International Journal of Aeroacoustics 3, no. 4 (2004): 297-346.

[11] Tucker, Paul. "The LES model's role in jet noise." Progress in Aerospace Sciences 44, no. 6 (2008): 427-436.

[12] Labbe, Odile, Christophe Peyret, Gilles Rahier, and Maxime Huet. "A hybrid LES/CAA method applied to jet noise prediction." In 18th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (33rd AIAA Aeroacoustics Conference), p. 2106. 2012.

[13] Bassetti, Alessandro, and Joseph W. Nichols. "Analysis of LES for source modeling in jet noise." In 20th AIAA/CEAS aeroacoustics conference, p. 2905. 2014.

[14] Sasidharan Nair, Unnikrishnan, Lionel Agostini, and Datta V. Gaitonde. "Analysis of intermittency of supersonic jet noise with synchronized les." In 21st AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, p. 2532. 2015.

[15] Mahak, M., I. Z. Naqavi, and P. G. Tucker. "Cost-effective hybrid RANS-LES type method for jet turbulence and noise prediction." International Journal of Aeroacoustics 16, no. 1-2 (2017): 97-111.

[16] Moratilla-Vega, Miguel. "A coupled LES/high-order acoustic method for jet noise analysis." PhD diss., Loughborough University, 2019.

[17] Horner, Colby, Adrian Sescu, Mohammed Z. Afsar, and Eric Collins. "Effect of plate trailing edge deformations on jet flow and noise: an LES investigation." In Eighteenth International Conference on Flow Dynamics. 2021.

[18] Moratilla-Vega, Miguel A., Hao Xia, and Gary J. Page. "Installed jet noise analysis using a coupled LES/APE high-order method." Flow, Turbulence and Combustion 113, no. 3 (2024): 667-693.

[19] Zaki, Michael Lawrence Abdulla. "CFD-CAA Analysis of Light-Stall Noise Prediction Using DDES and FW-H Analogy for NACA 0012 Airfoil." Master's thesis, University of Twente, 2024.

[20] Giaccherini, Simone. "High fidelity CFD methods for the aero-acoustic design of modern turbofan engines." (2024).

[21] Andersson, Niklas, Lars-Erik Eriksson, and Lars Davidson. "A study of Mach 0.75 jets and their radiated sound using large-eddy simulation." In 10th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, p. 3024. 2004.

[22] Shur, M., P. R. Spalart, M. Strelets, and A. Travin. "Detached-eddy simulation of an airfoil at high angle of attack." In Engineering turbulence modelling and experiments 4, pp. 669-678. Elsevier Science Ltd, 1999.

[23] Thies, Andrew T., and Christopher KW Tam. "Computation of turbulent axisymmetric and nonaxisymmetric jet flows using the K-epsilon model." AIAA journal 34, no. 2 (1996): 309-316.

[24] "Turbulence Modeling Resource: ASJ: Axisymmetric Subsonic Jet." Langley Research Center..https://turbmodels.larc.nasa.gov/jetsubsonic_val.html.