Aerodynamic noise generation by perforated plates in ducts

This thesis deals with broadband aerodynamic noise generation by perforated plates with circular holes in ducted flows. In particular, the cases of incompressible flow in rectangular ducts and that of subsonic flow in pipes are treated. Through theoretical considerations based on the available literature, it is shown that the aerodynamically-generated internal acoustic pressure field may be partly modified in terms of its higher-order modal components by a careful choice of the disposition of the perforations in the plate, especially in the case of incompressible flows. An experimental campaign in a low Mach number test facility allows to validate this theoretical finding by estimation of the higher-order modal components of the emitted acoustic power for different orifice dispositions in a rectangular plate. To test whether this effect is limited to incompressible flows, a second experimental campaign is performed on a new test bench allowing for up to sonic conditions to be reached in the flow vena contracta. The validation of the newly-setup plant is described and the results of tests on perforated plates with different combinations of orifices’ number, disposition and thickness are reported. Due to the presence of whistling for most of the geometries, no general remarks could be made on the influence of such parameters on broadband noise generation. However, the importance of the higher-order modes in the only case for which no whistling was detected is highlighted by coherence estimates of the wall pipe pressure fluctuations measured by sensor pairs at the same cross-section, far downstream of the perforated plate under test.

La tesi tratta della generazione di rumore aerodinamico a banda larga da parte di piatti forati con fori circolari in flussi confinati. Nel particolare, sono discussi i casi di flussi d'aria in regime incomprimibile in condotti a sezione rettangolare e di regime subsonico in condotti circolari. Attraverso considerazioni teoriche basate sulla letteratura disponibile, viene mostrato come il campo di pressione acustico interno ai condotti generato aerodinamicamente possa essere in parte modificato in termini di modi acustici superiori attraverso una scelta accurata della posizione dei fori nei piatti forati, specialmente nel caso di flussi in regime incomprimibile. Una campagna sperimentale in un impianto per flussi a bassi numeri di Mach èviene effettuata per validare questa ipotesi stimando il contributo dei modi acustici superiori alla potenza acustica emessa per differenti disposizioni dei fori in un piatto forato a sezione rettangolare. Per verificare che quest’ipotesi non sia limitata al caso dei soli flussi incomprimibili in condotti rettangolari, una seconda campagna sperimentale viene effettuata su di un nuovo impianto sperimentale che permette di raggiungere condizioni soniche nella vena contratta del flusso in condotti circolari. La validazione del nuovo impianto sperimentale viene quindi descritta insieme ai risultati ottenuti su piatti forati a sezione circolare con diverse combinazioni di numero di fori, disposizione e spessore. A causa della presenza di rumore tonale per la maggior parte delle geometrie, non è stato possibile ottenere considerazioni generali sull’influenza di tali parametri sulla generazione di rumore a larga banda. Tuttavia, l’importanza dei modi acustici superiori nell’unico caso in cui non è stata riscontrata presenza di rumore tonale viene dimostrata attraverso l’utilizzo di misure di coerenza delle fluttuazioni di pressione alla parete del condotto fra coppie di sensori posti alla medesima sezione, sufficientemente a valle del piatto forato testato.