آکوستیک در توربوجت، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (توربوجت)

هدف از مسأله حاضر، شبیه سازی عددی جریان هوا درون یک توربوجت (turbojet) و بررسی موج آکوستیک (acoustic) و صدای تولید شده درون این تروبوجت با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

نرم افزار از مدل آکوستیک برای بررسی امواج صوتی یا آکوستیک استفاده می‌کند.

همچنین، فشار و دمای جریان هوا به ترتیب 92/85416 پاسکال و 9524/283 کلوین مطابق معادلات مربوطه به دست آمده است.

روش‌های استفاده شده

این مدل شامل یک توربوجت است که یک فن در ورودی خود دارد. این فن در مدل فعلی با سرعت 2000 دور بر دقیقه و حول محور X می‌چرخد. بنابراین، یک ناحیه جریان هوا در اطراف فن تعریف می‌شود که با استفاده از قاب متحرک (MRF) مدل سازی شده است.

این توربوجت با عدد ماخ (Mach number) معادل 0.5 در هوا در حال حرکت است که نشان می‌دهد جریان را می‌توان تراکم پذیر (compressible) دانست؛ زیرا مقدار عدد ماخ بیش از 0.3 است. عدد ماخ برابر است با نسبت سرعت جسم در سیال به سرعت صوت در همان سیال.

بنابراین، در این مدل از یک حلگر مبتنی بر چگالی (density-based) استفاده شده است و چگالی به عنوان گاز ایده آل (ideal gas) برای جریان هوا در بخش مواد (material) تعریف می‌شود. در شبیه سازی حاضر، جریان هوای تعریف شده در اطراف توربوجت دارای شرط مرزی فشار میدان دوردست (pressure far-field) با عدد ماخ 0.5 است.

مدل Broadband Noise Sources نیز برای تعریف مدل آکوستیک (acoustic) استفاده می‌شود. چگالی تعریفی معادل چگالی هوا است، یعنی 1.225 کیلوگرم بر مترمکعب. سرعت صوت معادل سرعت صوت در هوا یعنی 340 متر بر ثانیه و قدرت صوتی مرجع برابر با 1e-12 است.

مدل حاضر با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) به صورت سه بعدی طراحی شده است. این مدل از دو قسمت تشکیل شده است که شامل بدنه یک توربوجت با یک فن در داخل آن می‌باشد که در داخل یک دامنه محاسباتی برای جریان هوا به صورت استوانه قرار گرفته است.

ناحیه اطراف فن به عنوان یک ناحیه محاسباتی مستقل تعریف می‌شود تا ناحیه تحت چرخش سیال در اثر چرخش فن با استفاده از روش قاب مرجع (frame motion) قابل تعریف باشد.

همچنین، کل فضای استوانه‌ای تعریف شده در اطراف بدنه توربوجت به عنوان شرط مرزی میدان فشار دوردست تعریف می‌شود. مش بندی به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام می‌شود. مش بندی از نوع مش بدون سازمان (unstructured) است و تعداد 3723166 سلول ایجاد شده است.

نتایج

برای شبیه‌سازی کنونی، ما کانتور (contour) و بردار (vector) سرعت، فشار، دما، سطح توان آکوستیک (Acoustic Power Level (dB)) و سطح توان آکوستیک سطحی (Surface Acoustic Power Level (dB)) دامنه را ارائه می‌کنیم تا بینش زیادی در مورد مسئله ارائه کنیم.

به طور خلاصه، با برخورد هوا به فن، پارامترهای صوتی حل با دقت بیشتری در پشت آن قابل مشاهده است. همچنین، میزان سطح توان آکوستیک سطحی (dB) را می‌توان برروی سطح فن به عنوان منبع نویز مشاهده کرد.

درنتیجه، نمودارهای سطح توان آکوستیک (dB) و سطح توان آکوستیک سطحی (dB) از طریق خط مرکزی به دست می‌آیند که به درک بیشتر پارامترهای صوتی پشت فن کمک می‌کند.