Studies on trailing edge and impinging jet noise
Tid: Fr 2025-11-07 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/69716163259
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Zhenyang Yuan , Strömningsmekanik
Opponent: Professor Jean-christophe Robinet, Arts et Métiers Sciences and Technologies, Frankrike
Handledare: Ardeshir Hanifi, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Strömningsmekanik; André V. G. Cavalieri, Divisao de Engenharia Aeronáutica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, Brazil; Dan S. Henningson, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Strömningsmekanik
QC 251009
Abstract
Aeroakustik är ett etablerat och aktivt forskningsområde av avgörande betydelse för ett brett spektrum av tekniska tillämpningar. Typiska exempel inkluderar buller som genereras av jetmotorer, vingprofiler på flygplan samt rotorblad på vindkraftverk – alla bidrar avsevärt till miljöbuller och utgör designbegränsningar vid utveckling av tystare och mer energieffektiva fordon. Bland olika aeroakustiska problem behandlas i denna avhandling särskilt ljud från bakkanten av vingar samt ljud från jetstrålar som blåser mot en vägg. Trots att dessa två områden har studerats aktivt i över 80 år kvarstår betydande utmaningar. Denna avhandling syftar till att bidra till en grundläggande förståelse av dessa bullermekanismer och att i förlängningen möjliggöra prediktion, modellering och kontroll av ljudgenereringen.
För problemet med tonalt ljud från bakkanten vid låga till måttliga Reynolds-tal föreslås ett resolvent-baserat ramverk för att modellera de koherenta strukturer som är korrelerade med det akustiska fjärrfältet. Genom att placera cylindriska elemnet på vingprofilen genereras stråkstukturer i strömningen som styr tillväxten av Kelvin–Helmholtz-instabiliteter. Detta försvagar en del av återkopplingsslingan och leder till reducering av tonalt buller.
Vid ökande turbulensintensitet i flödet över bakkanten ändrar bullret karaktär och blir bredbandigt. För att modellera de underliggande vågpaket strukturer som orsakar detta bredbandiga ljud använder vi ROM (reduced-order model) baserad på Spektral Proper Orthogonal Decomposition (SPOD). Den resulterande vågpaketsmodellen fångar de dominerande koherenta strukturerna i det turbulenta gränsskiktet och uppfyller Amiets spridningsvillkor, vilket möjliggör prediktion av fjärrfältsljud.
I impinging-jet-problemet undersöker vi mekanismen för generering av tonalt brus och det turbulenta gränsskiktets roll i ljudgenerering. Med hjälp av både lokala och globala linjära stabilitetsramverk identifierar vi de dominerande vågorna som är involverade i återkopplingsmekanismen och belyser frekvensvalsprocessen. Detta ramverk tillhandahåller ett noggrant verktyg för att förutsäga frekvenser av det tonala bruset direkt från ett medelflödesfält. Vidare visar vi att det turbulenta gränsskiktet utgör en viktig förutsättning för att upprätthålla resonansen, där reflektionskoefficienten mellan uppströms- och nedströms-propagerande vågor spelar en central roll för att etablera de globala instabiliteterna.
Genom hela avhandlingen används en kombination av experimentella mätningar, högupplösta simuleringar, stabilitetsanalys och olika spektrala analysmetoder för att erhålla, jämföra och analysera data. Denna mångsidiga metodik säkerställer en djupgående förståelse av de underliggande fysikaliska mekanismerna och möjliggör korsvalidering mellan olika analysmetoder.