Avaliação de métodos baseados em soluções numéricas das equações de Reynolds para a previsão do ruído de jatos turbulentos subsônicos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013.Nesta dissertação são avaliados métodos que utilizam a solução numérica das equações de Reynolds para a previsão do ruído de jatos. As condições de escoamento são caracterizadas por número de Reynolds em torno de 106, números de Mach entre 0.50 e 1.00, jatos isotérmicos e aquecidos, originados por bocais circulares simples e coaxiais com e sem serrilhas. A previsão do ruído de jatos pode ser dividida em duas etapas: o cálculo da intensidade das fontes sonoras e a avaliação dos efeitos de refração sonora. Quatro métodos para cálculo da intensidade das fontes sonoras encontrados na literatura são implementados para fins de comparação, dois baseados na Equação de Lighthill e dois a partir das Equaçõoes Linearizadas de Euler. De forma geral, os resultados dos métodos baseados nas duas formulações apresentam boa concordância com dados experimentais, mas os métodos baseados na Equação de Lighthill possuem uma formulação mais simples e necessitam de um menor número de constantes empíricas. A técnica de traçado de raios é utilizada para avaliar a refração das ondas de pressão acústica emitidas por fontes do tipo monopolo localizadas em diferentes posições do jato. Três aspectos relacionados à refração são estudados em detalhes: (i) a dependência da zona de silêncio com a posição da fonte, (ii) a importância de gradientes de velocidade do som em jatos aquecidos, e (iii) a assimetria originada por bocais serrilhados. Devido à acurácia e ao baixo custo computacional, conclui-se que os métodos estudados são alternativas viáveis para a análise do ruído de jatos.<br>Abstract : In this dissertation methods based on the numerical solution of theReynolds-averaged Navier?Stokes equations are evaluated to predictjet noise. The flow conditions include Reynolds number around 106and Mach number in the 0.50?1.00 range, isothermal or heated fluidstreams, single- and dual-stream circular nozzles with or without chevrons.The prediction of jet noise can be split in two components: theevaluation of the strength of sound sources and the evaluation of thee?ects of sound refraction. Four methods available in the literature areimplemented to evaluate the source strength; two based on the LighthillEquation and two based on the Linearized Euler Equations. It is foundthat both frameworks allow predictions of noise spectra in reasonableagreement with experimental data. However, the methods based onthe Lighthill Equation o?er a more straightforward formulation andneed less empirical constants. A ray tracing method is also adopted tostudy the e?ects of refraction on acoustic pressure waves emitted frommonopole sources in several positions within the jet. Three aspectsof refraction are studied in detail: (i) the dependence of the zone ofsilence regarding the source position, (ii) the significance of sound speedgradients in heated jets, and (iii) the asymmetry created by chevronnozzles. Given the reasonable accuracy and low computational cost ofthe studied methods, the so-called RANS-based methods are considereda viable approach to predict jet noise