Validation and application of the Curle's aeroacoustic analogy

The noise emitted by a motor vehicle is mainly due to the internal combustion engine, aerodynamics and tire-road contact. Nowadays the number of hybrid and full electric vehicles on the road is increasing, thus the noise emitted by the drive train is no longer a significant contribution. For vehicles driving on highways at high speeds, the aerodynamic noise dominates the other sources. Many research activities rely on Computational Aero Acoustics (CAA) for aeroacoustics predictions, leading to the minimisation of the noise induced by fluids for better comfort and designs. The target of this work is to numerically validate the Curle's analogy implemented in OpenFOAM for relevant test cases. The first test case is about the laminar flow across a square cylinder at Re = 150. It is then considered a turbulent flow across a rectangular cylinder at Re = 4 * 10^4 with chord-to-depth ratio of 5. The analysis of the test cases is based on extracting directivities, frequencies and intensity of the sound emitted by the source flow field. The results have been compared to studies found in the literature. Based on the former comparison, an automotive application Re = 5.2 * 10^5 is then proposed. The Curle’s analogy is used to measure and study the noise emitted by the interaction of the vehicle with the wind. In order to solve the acoustic sources, the flow field is computed with incompressible and unsteady CFD simulations, using a DDES turbulence model.

Il rumore emesso da un veicolo è principalmente dovuto al motore a combustione interna, all'aerodinamica e al contatto degli pneumatici sulla strada. Oggigiorno un numero sempre maggiore di veicoli ibridi o completamente elettrici è presente sulle strade e di conseguenza il contributo del motore endotermico sul rumore complessivo emesso dal veicolo non sarà più quello principale. Per i veicoli che viaggiano sulle autostrade ad alta velocità il rumore generato dall'aerodinamica del veicolo stesso domina sulle altre fonti. Molte attività di ricerca si basano sull'aeroacustica computazionale (CAA) per predire il rumore generato e minimizzarlo allo scopo di migliorare il comfort dei passeggeri. L'obiettivo di questa tesi è di validare numericamente l'analogia di Curle implementata in OpenFOAM per dei validi casi test. Il primo caso riguarda un cilindro a base quadrata investito da un flusso laminare a Re = 150. Successivamente abbiamo considerato un cilindro a base rettangolare con rapporto chord-to-depth uguale a 5 attraversato da un flusso turbolento a Re = 4 * 10^4. Lo studio di questi casi test si concentra sull'estrazione delle direttività, delle frequenze e dell'intensità del suono emesso dalla sorgente acustica. I risultati sono stati confrontati con quanto presente in letteratura. Il passo successivo è stato quello di applicare quanto riscontrato in questi due test su un caso automotive a Re = 5.2 * 10^5. L'analogia di Curle è utilizzata per misurare e studiare il rumore emesso dall'interazione del vento con il veicolo. Con l'obiettivo di predire il suono emesso dalle sorgenti, il campo fluidodinamico è ricavato da simulazioni incomprimibili e instazionarie utilizzando il modello di turbolenza kOmegaSSTDDES.