Validation and verification of the acoustic model for the problem of flow around a tandem cylinder – profile NACA0012
Authors: Ливеринова М.А. , Тряскин Н.В. 
Published: December 2022

Совершенствование численных методов для расчёта шума турбулентного течения остаётся актуальной задачей и позволяет решить ряд важнейших вопросов: оптимизация конструкций с целью снижения шума и избегания акустического загрязнения, определение уровней звукового давления с помощью математического эксперимента, техническая реализация которого более экономична, чем физический эксперимент. Основной целью работы является валидация и верификация акустической модели на задаче обтекания тандема цилиндр – профиль NACA0012 методом осреднения уравнений Навье-Стокса RANS и вихреразрешающим методом LES для сжимаемой и несжимаемой сред. В работе произведена оценка влияния сжимаемости среды, двухмерности задачи и интенсивности турбулентности на акустические характеристики при обтекании тел. Для оценки получаемых результатов использованы экспериментальные данные. Для пересчёта акустических характеристик из ближнего акустического поля в дальнее использованы аналогия Кёрла и метод Фокс Вильямса-Хокингса (FWH). В результате анализа полученных результатов выявлено, что решение задачи методом RANS приводит к тому, что уровни звукового давления соответствуют экспериментальным данным только на основном пике спектра, наиболее близкие результаты к экспериментам дает метод крупных вихрей. Решение акустических задач в двумерной постановке приводит к значительным отклонениям от эксперимента. В заключении сформулированы основные выводы о влиянии различных параметров на получаемые результаты.

Development of a numerical methods for noise calculating is an actual problem, that allows us to solve a number of important issues such as: optimization of a constructions for noise reduction, determination of a sound pressure levels using a mathematical experiment, which is more economical than a physical experiment. The aim of the work is to validate and verify the acoustic model on the problem of flow around a tandem cylinder – NACA0012 profile by averaging the Navier-Stokes equations and by the vortex-resolving method for compressible and incompressible flow. The paper evaluates the influence of the compressibility of the flow, the two-dimensionality of the problem and the intensity of turbulence on the acoustic characteristics. Experimental data were used to evaluate the obtained results. The Curle analogy and the integration method of Ffowcs Willams - Hawkings (FWH) were used to recalculate the acoustic characteristics from the near acoustic field to the far one. As a result of the analysis of the obtained results, it was revealed that the solution of the problem by the RANS method leads to the fact that the sound pressure levels correspond to the experimental data only at the main peak of the spectrum, the closest results to the experiments are obtained by the method of Large Eddy Simulation. The solution of acoustic problems in a two-dimensional formulation leads to significant deviations from the experiment. The main conclusions about the influence of various parameters on the obtained results are formulated in the end of this work.