Açık çevrimli sistemde aeroakustik optimizasyonu
Aeroacoustics optimization for open loop system
Yazar: BEYZA ALKAN
Danışman: DOÇ. DR. ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Akış kaynaklı gürültü önemli bir tasarım problemi olmakla birlikte, insanların fiziksel ve ruhsal sağlığını etkilemesi sebebiyle, gürültü azaltma çalışmaları özellikle insanla etkileşimi olan beyaz eşya, otomotiv, uçak endüstrisi gibi birçok sektörde odak noktası olmuştur. Bu nedenle tasarım sonrası düzeltme maliyetlerini azaltmak için önceden bir sistemin gürültü tahminini yapabilmek önemlidir.
Bu tez çalışmasında bir eksenel fan, ısı değiştiricisi ve hava kanalından oluşan bir açık çevrimli sistemin hesaplamalı akışkanlar dinamiği melez yöntemi ile akış kaynaklı gürültü yaklaşımı yapılmıştır. Üç aşamadan oluşan sayısal yöntemde ilk olarak akış analizi yapılarak basınç salınımları elde edilmiştir. Daha sonra akustik model uygulanarak alıcı noktalarındaki basınç salınımlarını akustik sinyallere çevrilip, FFT yöntemi ile ses basıncı seviyesini frekansa bağlı olarak çizdirilmiştir. İyi bir akış kaynaklı gürültü tahmini yapabilmek için zamana bağlı gerçekleştirilen akış analizinde basınç salınımlarının elde edilmesinde türbülans modelleri çok önemli rol oynamaktadır. Özellikle akışın yayılmasından ve ters akış, yüksek enerjili girdapların etkisinden meydana gelen tek ve dört kutuplu kaynakların etkisini doğru akış analizi ile hesaplanır. Bu sebeple URANS, LES ve SAS gibi farklı türbülans modelleri kullanılarak en gerçekçi yaklaşım elde edilmeye çalışılmıştır.
Akış kaynaklı gürültü problemi, üç ana akustik kaynağa ayrılmıştır. Bunlar tek kutuplu, çift kutuplu ve dört kutuplu kaynaklardır. Tek kutuplu, kaynak akışın serbest bölgede yayılmasından, çift kutuplu kaynak akışın bir katı yüzey ile etkileşiminden yapısal kaynaklıdır ve dört kutuplu ise ters akış ve girdap türbülanslı akış ile ilgilidir. Bu tez kapsamında gürültü seviyesini azaltmak için tasarım optimizasyon tarafında hava kanalı içerisindeki akışın basınç kaybını azaltan yapısal etkileri değiştirerek, ters akış ve girdaplar azaltılarak, daha homojen bir akış sağlayan yeni bir kanal tasarlanmıştır. Bu çalışmaların doğruluğunu sağlamak için akustik odada ses basıncı seviyesi ölçümü yapılarak nümerik sonuçlarla karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Flow-induced noise is an important design problem, and noise reduction efforts have been the focus of many industries, especially white-goods, automotive, aircraft industry, which interact with people, as they affect people's physical and mental health. For this reason, it is important to predict the aerodynamic performance noise of a system in advance to reduce post-design treatments costs.
In this thesis study, an open loop system consisting of an axial fan, a heat exchanger and an air duct was applied to aeroacoustics noise approach with the computational fluid dynamics hybrid method. In the three-step numerical method, pressure fluctuations were obtained by performing flow analysis first. Then, by applying an acoustic model, the pressure fluctuations at the receiver points are converted to acoustic signals, and the sound pressure level is plotted with the FFT method depending on the frequency. Turbulence models play a crucial role in achieving pressure fluctuations unsteady flow analysis to make good flow-induced noise estimation. In particular, the effects of flow propagation and reversed flow, monopole and quadruple sources originating from the effects of high-energy vortexes, are calculated by the flow analysis. For this reason, it has been tried to obtain the most realistic approach by using different turbulence models such as URANS, LES and SAS.
The problem of flow-induced noise is divided into three main sources of acoustics. These are monopole, dipole and quadrupole sources. The unipolar is structurally sourced from the diffusion of the source flow into the free region, the interaction of the bipolar source flow with a solid surface, and the quadrupole is related to the reverse flow and vortex turbulent flow. In this thesis, a new channel is designed to reduce the noise level by changing the structural effects that reduce the pressure loss of the flow in the air channel on the design optimization side, reducing the reverse flow and vortices, and providing a more homogeneous flow. To ensure the accuracy of these studies, sound pressure level measurements were made in the acoustic room and compared with numerical results.