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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2019.tde-04062020-162052
Document
Author
Full name
Matheus Maia Beraldo
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Medeiros, Marcello Augusto Faraco de (President)
Hanriot, Sérgio de Morais
Silva, Andrey Ricardo da
Title in Portuguese
Experimento acústico em cilindro circular na proximidade de parede plana com camada limite laminar
Keywords in Portuguese
Aeroacústica experimental
Beamforming convencional
Cilindro circular próximo a parede plana
DAMAS
Ruído de cilindro circular
Ruído de fundo de túnel
Abstract in Portuguese
Uma das formas de surgimento do ruído aeroacústico é o som gerado pelo escoamento ao passar sobre um corpo, seja qual a geometria. Este é um assunto de pesquisa de bastante interesse nos setores relacionados aos veículos de transporte atualmente, principalmente devido a regulamentos mais restritivos quanto à emissão de som. O cilindro é uma geometria que recebe bastante atenção de pesquisadores para entender os mecanismos de geração de som da passagem do escoamento sobre ele. Quando próximo à parede, essa geometria ainda possui diversas aplicações de engenharia que relevam ainda mais o tema. Este trabalho teve como propósito estudar experimentalmente o ruído gerado pela passagem do escoamento sobre um cilindro e verificar a influência da proximidade de uma parede plana com camada limite laminar na emissão do som. O estudo será realizado no túnel de vento de baixo ruído de fundo e baixa turbulência, do departamento de engenharia aeronáutica da EESC-USP. O túnel de vento citado é de circuito e seção de testes fechados, possui tratamento acústico com espuma em algumas paredes e telas para redução da turbulência. As medições acústicas, espectro de ruído e mapas de fonte acústica foram realizadas com a utilização de uma antena de microfones em conjunto com a técnica de beamforming e método de deconvolução DAMAS. Um modelo de placa plana e um fio de arame de 1,3 mm de diâmetro foram presos na câmara de ensaios e a distância entre o fio(cilindro) e o modelo foi variada aproximando o mesmo da placa de modo a variar a relação Gap/Diâmetro. Todos os experimentos foram realizados a 120 mm do bordo de ataque da placa plana e a camada limite da mesma era laminar. Os resultados mostram que o ruído de fundo de túnel é baixo o suficiente para a execução dos experimentos e que a metologia utilizada, tempo de aquisição e número de microfones foram adequados para captar o ruído gerado. O som gerado pelo cilindro se mostrou proveniente do desprendimento de vórtices do mesmo com os tonais surgindo em frequências relativas a número de Strouhal próximo a 0,19 e mapas de fonte acústica encontrando as fontes sobre o fio preso a câmara de ensaios. Foi mostrado que quando o cilindro se encontra mais próximo da placa, cerca de G/D = 4 ocorre uma supressão no ruído gerado e uma grande queda na intensidade do tonais gerados pela presença do fio. Quando o cilindro se encontrava em contato com a camada limite da placa os tonais se tornaram imperceptíveis.
Title in English
Aeroacoustic experiments on circular cylinder near plane wall with laminar boundary layer
Keywords in English
Circular cylinder near plane wall
Conventional beamforming
DAMAS
Experimental aeroacoustics
Noise generated by circular cylinder
Wind tunnel background noise
Abstract in English
Aeroacoustic noise is the sound generated by the flow when passing over a body regardless of the geometry. This is a research topic of considerable interest in today's transportation sectors, mainly due to more restrictive regulations regarding sound emission. The cylinder is a geometry that receives a lot of interest from researchers in understanding the mechanisms of sound generation of the passage of the flow past it. When close to the wall this geometry still has several engineering applications that further highlight the theme. This work aims to increase the experimental data on noise of cylinder and the influence of the proximity of a palne wall with laminar boundary layer. The study will be carried out in the low-noise, low-turbulence wind tunnel of the aeronautical engineering department of EESC-USP. This wind tunnel is closed circuit and closed test section, has acoustic foam treatment on some walls and screens to reduce turbulence. Acoustic measurements, noise spectrum and acoustic source maps will be performed using an microphone array with beamforming technique and DAMAS deconvolution method. A flat plate model and a wire of 1.3 mm diameter were clamped in the test chamber and the distance between the wire (cylinder) and the model was varied by bringing it close to the plate in order to vary the Gap / Diameter. All experiments were performed at 120 mm from the leading edge of the flat plate and the boundary layer thereof was laminar. The results show that the Wind Tunnel background noise is low enough to perform the experiments and that the methodology used, acquisition time and number of microphones is enough to capture the generated noise. The sound generated by the cylinder was shown to come from the vortex shedding of the same with the tonal peaks arising in frequencies relative to number of Strouhal around 0,19. Maps of acoustic source finding the sources on the wire attached to the test chamber. It was shown that when the cylinder is closest to the plate, about G/D = 4 there is a suppression in the generated noise and a large drop in the intensity of the tones generated by the presence of the wire. When the cylinder is in contact with the boundary layer of the Flat plate the tonal become almost imperceptible.
 
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Publishing Date
2020-06-09
 
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