Δημοσίευση - Υπολογιστική προσομοίωση αερακουστικών μοντέλων βασιζόμενων στις εξισώσεις Navier Stokes
ΤΑΥΤΟΤΗΤΑ

Υπολογιστική προσομοίωση αερακουστικών μοντέλων βασιζόμενων στις εξισώσεις Navier Stokes

Ερευνητική περιοχή:  
    
Είδος:  
Τεχνική αναφορά

 

Έτος: 2006
Συγγραφείς: Γιάννης Παπαγεωργακόπουλος; Σωκράτης Τσαγγάρης
Περίληψη:
Οι εξισώσεις Navier – Stokes για το συμπιεστό ρευστό περιγράφουν πλήρως την παραγωγή και τη διάδοση του ήχου σε όλες τις περιπτώσεις και συνθήκες ροής. Παρόλα αυτά όμως η απευθείας αριθμητική επίλυση των εξισώσεων αυτών (DNS - direct numerical simulation) είναι πολύ χρονοβόρα, έχει μεγάλο υπολογιστικό κόστος και κυρίως δεν μπορεί να περιγράψει την παραγωγή ήχου, καθότι το ενεργειακό περιεχόμενο των ηχητικών κυμάτων είναι κατά πολύ μικρότερο από αυτό των διαταραχών της πίεσης του ρευστού. Έτσι τυχόν πηγές ήχου που δημιουργούνται από ροϊκά φαινόμενα (στροβιλισμούς, στενώσεις, κινούμενα τοιχώματα) δεν μπορούν να απομονωθούν, παρότι περιγράφονται πλήρως από τις ρευστομηχανικές μεταβλητές πίεση, πυκνότητα και ταχύτητες που δίδουν σα λύση οι Navier – Stokes. Προς την κατεύθυνση αυτή αναπτύχθηκαν τα μοντέλα ακουστικών αναλογιών (Lighthill – 1952, Ffowcs Williams Hawkings - 1968) τα οποία σε συνδυασμό με την επίλυση του συμπιεστού πεδίου ροής, είναι σε θέση να χαρακτηρίσουν πηγές ήχου για τις οποίες όμως απαιτείται a priori γνώση για το είδος τους. Πρόσφατα η ερευνητική κοινότητα (Hardin & Pope 1994, Shen & Sorensen 1999, Slimon & Soteriou & Davis 2000) χρησιμοποίησε τις εξισώσεις Navier – Stokes για την κατασκευή νέων ακουστικών μοντέλων που βασίζονται στον πλήρη διαχωρισμό του ακουστικού από το ρευστοδυναμικό πρόβλημα. Αυτό επιτυγχάνεται θεωρώντας ότι οι συμπιεστές ρευστοδυναμικές μεταβλητές (πίεση, πυκνότητα, ταχύτητα) αποτελούνται από το άθροισμα μιας ακουστικής διαταραχής και μιας τιμής που δίνει η λύση του ασυμπίεστου πεδίου ροής. Τα μοντέλα αυτά περιγράφουν με επιτυχία και την παραγωγή και τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε ένα τέτοιο μοντέλο και εφαρμόσθηκε σε δύο προβλήματα αναφοράς ισεντροπικών ροών και χαμηλών αριθμών Mach (pulsating sphere, oscillating sphere) με γνωστό ροϊκό πεδίο. Σχολιάζονται τα αποτελέσματα και γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στους διάφορους τύπους συνοριακών συνθηκών που χρησιμοποιούνται στα μοντέλα αυτά. Απώτερος στόχος είναι να χρησιμοποιηθούν ακουστικά μοντέλα τέτοιου τύπου για την μοντελοποίηση της παραγωγής και διάδοσης της ανθρώπινης φωνής.
[Bibtex]