|
|
Discontinuous Galerkin Methods for Solving Acoustic Problems
Nytra, Jan ; Hlavička, Rudolf (oponent) ; Čermák, Libor (vedoucí práce)
Partial differential equations play an important role in engineering applications. It is often possible to solve these equations only approximately, i.e. numerically. Therefore number of successful discretization techniques has been developed to solve these equations. The presented discontinuous Galerkin method seems to be very general method to solve this type of equations, especially useful for hyperbolic systems. Our aim is to solve aeroacoustic problems, where propagation of acoustic waves is described using linearized Euler equations. This system of equations is indeed hyperbolic and therefore the discontinuous Galerkin method was chosen. The most important aspects of this method is ability to deal with complex geometries, possibility of high-order method and its local character enabling efficient computation parallelization. We first introduce the discontinuous Galerkin method in general for one- and two-dimensional problems. We then test the algorithm to solve advection equation, which was chosen as a model case of hyperbolic equation. The method will be finally tested using number of verification problems, which were formulated to test methods for computational equations, including verification of boundary conditions, which, similarly to computational fluid dynamics, are important part of computational aeroacoustics.
|
|
|
Numerická simulace hluku generovaného nestabilitami ve smykové vrstvě
Šálený, Vratislav ; Kozubková, Milada (oponent) ; Paur, František (oponent) ; Tippner,, Jan (oponent) ; Katolický, Jaroslav (vedoucí práce)
Predikce a eliminace aerodynamicky generovaných hluků u rychle se pohybujících dopravních prostředků, jako jsou automobily, letadla a vlaky, je stále důležitější. Zvlášť tónový hluk generovaný nestabilitou smykové vrstvy vzduchu proudícího nad otvory dutin je jedním z nejvýznamnějších a nejintenzivnějších zdrojů aerodynamic-ky generovaných hluků. Výpočetní aeroakustika (CAA) založená na CFD simulacích stlačitelných Navierových-Stokesových rovnic nabízí nejobecnější možnosti pro predikci aerodynamicky indukovaných zvuků. Aeroakustika je prakticky vždy spojena s turbulentním prouděním, které je hlavní výzvou pro CFD simulace při řešení Navierových-Stokesových rovnic. V této práci jsou zkoumány čtyři různé přístupy modelování turbulence. Tři z nich patří do kategorie LES metod a jeden používá přístup URANS. Pro každý z těchto přístupů byla identifikována vhodná numerická diskretizační a iterační schémata, která byla implementována do otevřené softwarové platformy pro CFD simulace OpenFOAM. Přesnost, výpočetní výkonnost a spolehlivost konvergence těchto schémat byly studovány během třídimenzionálních CFD simulací na modelu vhodného reálného objektu. Výsledky CDF simulací jsou validovány měřením. Jako reálný objekt tohoto výzkumu CAA byla vybrána varhanní píšťala, protože jako zdroj generování tónů využívá samočinné oscilace, označované jako módy smykové vrstvy (Rossiter). Numerická simulace módů smykové vrstvy, respektive hluku generovaného nestabilitami ve smykové vrstvě, je předmětem této práce.
|
|
|
Effect of oscillating blade on tonal noise of blade cascade with five NACA 0010 profiles
Šnábl, Pavel ; Pešek, Luděk ; Radolf, Vojtěch ; Antoš, Pavel ; Procházka, Pavel P. ; Prasad, Chandra Shekhar
The airfoil tonal noise is a well known phenomenon which appears on single airfoils in moderate Reynolds numbers at low angles of attack. It can appear on small aircrafts, fans, wind turbines etc. In thispaper, it was observed on a blade cascade consisting of five NACA 0010 profiles placed in a closed rectangular channel with hard walls when for given conditions, i.e. flow velocity and angle of attack, the cascade tunes to one single frequency. During the middle blade oscillation, the single tone splits up to several tones with lower intensity modulated by the excitation frequency. Thus, the oscillation of one blade suppresses the tonal noise generation in the cascade.
|
|
|
Study of aeroacoustics noise of high-speed aircraft propellers and mitigation of the cause
Prasad, Chandra Shekhar
The project deals with the study of aeroacoustics noise generated by high-speed turboprop propellers and methods to minimize its causes. A reduced order flow solver with aeroacaustic noise capturing characteristics is developed for fast numerical analysis purpose. The acoustical performance will be also studied using flow visualization using article image velocimetry under rotation and acoustics noise will be measured by microphones for both conventional as well as unconventional propeller designs at diferent rotational speeds.
|
|
|
Aeroacoustic simulation of human phonation with the wale sub-grid scale model
Šidlof, Petr ; Lasota, M.
The paper reports on an aeroacoustic model of voice generation in human larynx, based on Large Eddy Simulation with the Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity (WALE) sub-grid scale (SGS) model. The simulation uses a three-step hybrid approach, with an incompressible finite volume CFD computation providing the filtered velocity and pressure, evaluation of the aeroacoustic sources, and simulation of the sound propagation by finite element discretization of the Acoustic Perturbation Equations. The WALE SGS model is used to overcome the limitation of the classical Smagorinski SGS model, which overpredicts the SGS viscosity in regions of high shear, especially within the boundary layer in the glottal constriction. Results of the 3D CFD simulation, location of the aeroacoustic sources and the spectra of the radiated sound for two vowels are presented.
|
|
|
Numerická simulace hluku generovaného nestabilitami ve smykové vrstvě
Šálený, Vratislav ; Kozubková, Milada (oponent) ; Paur, František (oponent) ; Tippner,, Jan (oponent) ; Katolický, Jaroslav (vedoucí práce)
Predikce a eliminace aerodynamicky generovaných hluků u rychle se pohybujících dopravních prostředků, jako jsou automobily, letadla a vlaky, je stále důležitější. Zvlášť tónový hluk generovaný nestabilitou smykové vrstvy vzduchu proudícího nad otvory dutin je jedním z nejvýznamnějších a nejintenzivnějších zdrojů aerodynamic-ky generovaných hluků. Výpočetní aeroakustika (CAA) založená na CFD simulacích stlačitelných Navierových-Stokesových rovnic nabízí nejobecnější možnosti pro predikci aerodynamicky indukovaných zvuků. Aeroakustika je prakticky vždy spojena s turbulentním prouděním, které je hlavní výzvou pro CFD simulace při řešení Navierových-Stokesových rovnic. V této práci jsou zkoumány čtyři různé přístupy modelování turbulence. Tři z nich patří do kategorie LES metod a jeden používá přístup URANS. Pro každý z těchto přístupů byla identifikována vhodná numerická diskretizační a iterační schémata, která byla implementována do otevřené softwarové platformy pro CFD simulace OpenFOAM. Přesnost, výpočetní výkonnost a spolehlivost konvergence těchto schémat byly studovány během třídimenzionálních CFD simulací na modelu vhodného reálného objektu. Výsledky CDF simulací jsou validovány měřením. Jako reálný objekt tohoto výzkumu CAA byla vybrána varhanní píšťala, protože jako zdroj generování tónů využívá samočinné oscilace, označované jako módy smykové vrstvy (Rossiter). Numerická simulace módů smykové vrstvy, respektive hluku generovaného nestabilitami ve smykové vrstvě, je předmětem této práce.
|
|
|
Discontinuous Galerkin Methods for Solving Acoustic Problems
Nytra, Jan ; Hlavička, Rudolf (oponent) ; Čermák, Libor (vedoucí práce)
Partial differential equations play an important role in engineering applications. It is often possible to solve these equations only approximately, i.e. numerically. Therefore number of successful discretization techniques has been developed to solve these equations. The presented discontinuous Galerkin method seems to be very general method to solve this type of equations, especially useful for hyperbolic systems. Our aim is to solve aeroacoustic problems, where propagation of acoustic waves is described using linearized Euler equations. This system of equations is indeed hyperbolic and therefore the discontinuous Galerkin method was chosen. The most important aspects of this method is ability to deal with complex geometries, possibility of high-order method and its local character enabling efficient computation parallelization. We first introduce the discontinuous Galerkin method in general for one- and two-dimensional problems. We then test the algorithm to solve advection equation, which was chosen as a model case of hyperbolic equation. The method will be finally tested using number of verification problems, which were formulated to test methods for computational equations, including verification of boundary conditions, which, similarly to computational fluid dynamics, are important part of computational aeroacoustics.
|
|
|
Numerical solution of compressible subsonic flows in 3D channel
Pořízková, P. ; Kozel, K. ; Horáček, Jaromír
The channels shape is a simplified geometry of the glottal space in the human vocal tract. Goal is numerical simulation of flow in the channels which involves attributes of real flow causing acoustic perturbations. The system of Navier-Stokes equations closed with static pressure expression for ideal gas describes the unsteady laminar flow of compressible viscous fluid. The numerical solution is implemented using the finite volume method and the predictor-corrector MacCormack scheme with artificial viscosity using a grid of quadrilateral cells. The unsteady grid of quadrilateral cells is considered in the form of conservation laws using Arbitrary Lagrangian-Eulerian method.
|
|
|
Computational aeroacoustics of human phonation
Šidlof, Petr ; Zörner, S.
The current paper presents a CFD model of flow past vibrating vocal folds coupled to an acoustic solver, which calculates the sound sources from the flow field in a hybrid approach. The CFD model is based on the numerical solution of 3D Navier-Stokes equations on a time-dependent domain, solved by cell-centered finite volume method. To capture the fine turbulent scales important for the acoustic source calculations, the equations are discretized and solved on large computational meshes up to 3.2M elements. The CFD simulations were run in parallel using domain decomposition method and OpenMPI implementation of the MPI standard. Aeroacoustic simulations are calculated in a separate step by Lighthill’s acoustic analogy, which determines the acoustic sources based on the fluid field. This is done with the research code CFS++ which employs the finite element method (FEM).
|
host ::
RSS.