Analisi CFD con interazione fluido-struttura per la caratterizzazione acustica di silenziatori per motori a combustione interna

In recent years the design phase of the silencers has required more attention than before due to the lower noise levels which have been established by the acoustic international standards. The need to reduce the time to market has become incompatible with the long experimental campaigns carried out by industry. For this reasons the usage of numerical solvers for the determination of the specific characteristics for every single component, in a reasonable time, it is becoming essential during the design phases. In this thesis we will see the development of a new compressible fluid-structure interaction solver and the post-processing activities for the determination of the curve of transmission loss for a generic muffler. In this solver the partitioned approach is used so the fluid domain and the solid domain are resolved using separate solvers and coupled along the interface shared by the two domains. Equations for both fluid and solid domain are written using the arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation and discretized using the finite volume method (as implemented in OpenFOAM software). The post-processing activity is based on the decomposition theory to decompose the pressure wave into its incident and reflected component necessary for the calculation of the transmission loss.

Negli ultimi anni la progettazione dei silenziatori ha iniziato a richiedere maggiori attenzioni rispetto a quanto avveniva in passato a causa dell’abbassamento dei livelli d’inquinamento sonoro deciso dalle normative internazionali. Il bisogno di ridurre il tempo che intercorre tra la progettazione del componente e la sua effettiva commercializzazione è diventato incompatibile con le campagne sperimentali condotte in ambito industriale. Per questi motivi l’utilizzo di solutori numerici per caratterizzare ciascun componente, in tempi ragionevoli, sta diventando essenziale durante tutte le fasi di sviluppo. In questo lavoro di tesi si descriverà lo sviluppo di un solutore per l’interazione tra fluido comprimibile e struttura e le attività di post-processing necessarie per calcolare la curva di transmission loss, data una generica configurazione del silenziatore. Questo solutore utilizzerà l’approccio partizionato ossia il dominio fluido e quello solido verranno risolti utilizzando solutori separatamente e poi saranno accoppiati lungo l’interfaccia condivisa. Le equazioni sia per il dominio fluido sia per quello solido sono scritte utilizzando la formulazione arbitrary Lagrangian-Eulerian e discretizzate usando il metodo dei volumi finiti. L’attività di post-processing si basa sulla teoria della decomposizione per scomporre l’onda di pressione nelle sue componenti incidente e riflessa necessarie per il calcolo della transmission loss.