Aeroacoustic characterization of a 3D organ pipe

The aeroacustic field of an organ pipe is investigated numerically. The compressible Navier-Stokes equations are solved by employing a Large Eddy Simulation turbulence model implemented in the open source library OpenFOAM. Then to compute the far field noise we make use of the Ffowcs Williams and Hawkings acoustic analogy. The objective of the thesis is to perform a computational simulation of a three-dimensional organ pipe. First, the computational methodology is validated on a two-dimensional test case, namely the noise induced by a laminar flow over a square cylinder. Then a 2D organ pipe model is considered where the numerical setup is tested following Fischer et al. The two-dimensional case is also used to study the fluid mechanisms that generate the sound, focusing on the coupling mechanism and behavioural changes due to modifications of the geometry. The results obtained from the three-dimensional model are compared with the two-dimensional case. The SPL-spectra of the acoustic far field are obtained using an acoustic analogy and compared between the cases and with the measurements on real organ pipes.

Il campo aeroacustico di una canna d’organo viene studiato da un punto di vista numerico, risolvendo le equazioni di Navier-Stokes comprimibili e modellando la turbolenza con Large Eddy Simulation utilizzando la libreria open source OpenFOAM e l’analogia acustica di Ffowcs Williams e Hawkings. L’obiettivo della tesi è quello di eseguire una simulazione di un modello tridimensionale di una canna d’organo. Per valutare la metodologia viene studiato il rumore indutto da un flusso laminare su un cilindro quadrato, confrontando i risultati con Inoue et al.. Per validare i risultati sulla canna d’organo viene utilizzato un modello bidimensionale, riprendendo il lavoro di Fischer et al. Il caso bidimensionale viene utilizzato anche per studiare i meccanismi fluido dinamici che generano il suono, concentrandosi sull’accoppiamento e sui cambiamenti di comportamento dovuti a modifiche della geometria. I risultati ottenuti dal modello tridimensionale vengono confrontati con il caso bidimensionale. Gli spettri SPL del campo acustico lontano sono ottenuti utilizzando un’analogia acustica e confrontati con le misurazioni su canne d’organo reali.