Açık çevrimli sistemde aero-akustik optimizasyon

Abstract

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.