Simulação numérica dos efeitos não lineares no controle ativo de ruído em dutos

Abstract

Turbofans com alta razão de bypass são os principais motores utilizados em aeronaves modernas, e são responsáveis por uma parcela significativa do ruído gerado pelas aeronaves. Em geral, o ruído de banda larga emitido pelo fan é atribuído aos efeitos turbulentos das camadas limite e das esteiras de vorticidade. No entanto, resultados de trabalhos realizados no Laboratório de Aeroacústica Computacional da Universidade de Brasília indicam que há pelo menos uma parcela do ruído de banda larga que não é relacionada aos efeitos de camada limite.Desta forma, o objetivo deste trabalho é investigar se os efeitos não lineares, associados às grandes oscilações de pressão, fazem com que o ruído resultante da interação entre ondas sonoras de grande intensidade adquira uma componente de banda larga. Neste trabalho, três tipos de interação entre ondas sonoras foram estudados. Inicialmente foram feitas simulações de ondas estacionárias que se formam dentro de um ressonador unidimensional. Em seguida foram feitas simulações do controle ativo de ruído através da interação de duas ondas estacionárias e, por fim, foram feitas simulações da interação de ondas sonoras emitidas continuamente dentro de um duto unidimensional fechado. Para as simulações, foi utilizado um método de discretização em volumes finitos com uma metodologia de fronteira imersa móvel para resolver as equações de Euler para um escoamento compressível, em que os fluxos são calculados com um esquema de interpolação de quarta ordem e a integração temporal é feita com um método de Runge-Kutta de terceira ordem. Para simular adequadamente a geração de ondas sonoras através do movimento de um pistão, foi necessário adaptar o método de fronteira imersa utilizado, para que o deslocamento da fronteira influencie o escoamento em todos os passos de tempo, e não apenas quando a fronteira se desloca de um volume de controle para outro. Os resultados mostraram que, apesar dos efeitos não lineares, o ruído resultante da interação entre as ondas sonoras permanece tonal para frequências na banda de audição humana.