Aeroacoustic computation based on the harmonic balance method in SU2

This paper presents the application of a reduced order model called Harmonic Balance method (HB) to perform aerodynamic and aeroacoustic analysis of quasi-periodic external flows. The time spectral method was already implemented in the open-source PDE solver SU2 and in this work is applied in the field of aeroacoustic prediction. A uniform time sampling inside the dominant period is adopted and the solution is found for 2K+1 time instances, where K is the number of solved frequencies. The computational cost is strongly reduced with respect to a fully time-accurate unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) simulation. To obtain a more time-resolved solution necessary for acoustic prediction, spectral interpolation has been implemented to interpolate the solution for an arbitrary number of instances inside a specified time range. In a modular style, the surface solution is used by the computational aeroacoustic (CAA) module, implemented in SU2, which uses Farassat’s 1A formulation to compute the pressure perturbation perceived by far-field observers for tonal noise prediction. Finally, the aerodynamic and aeroacoustic results obtained with the proposed framework are compared with time-accurate solutions using three test cases.

Questo articolo presenta l'applicazione di un modello di ordine ridotto chiamato Harmonic Balance (HB) per eseguire l’analisi aerodinamica e aeroacustica per i flussi esterni quasi-periodici. Questo metodo è stato già implementato nel solutore PDE open source SU2 e in questo lavoro viene applicato nel campo della previsione aeroacustica. Viene adottato un campionamento uniforme del tempo all'interno del periodo dominante e la soluzione viene trovata per 2K+1 istanze temporali, dove K è il numero di frequenze risolte. Il costo computazionale è fortemente ridotto rispetto ad una simulazione accuarta nel tempo di equazioni instazionaria di Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS). Per ottenere una soluzione più risolta nel tempo necessaria per la previsione aeroacustica, è stata implementata l'interpolazione spettrale per interpolare la soluzione per un numero arbitrario di instanti temporali e di durata arbitraria. In uno stile modulare, la soluzione della superficie viene utilizzata dal modulo aeroacustico computazionale (CAA), implementato in SU2, che utilizza la formulazione 1A di Farassat per calcolare le perturbazioni di pressione percepita dagli osservatori in campo lontano per la previsione del rumore tonale. Infine, i risultati aerodinamici e aeroacustici ottenuti con il quadro proposto vengono confrontati con soluzioni ottenuta da una simulazione accurata nel tempo utilizzando tre diversi casi.