An efficient time-domain numerical method for the analysis of broadband noise generation and propagation due to turbulence-cascade interaction is developed. The core algorithm of the present method is based on the B-periodicity of the acoustic response function of the flat-airfoil cascade to the ingesting gust(B denotes the number of airfoils in the cascade). To confirm this periodicity, gust-cascade interaction problem are solved by using the time-domain method, which shows that the incident gust with the circumferential mode number having the same remainders when divided by the airfoil number excites the same acoustic response of the cascade. Using the proposed fast algorithm with this periodicity, we show that the total computation time for the model broadband problem using the total 525 incident gust modes can be reduced to about 1/4 of that taken in using the previous time-domain program.
An efficient time-domain numerical method for the analysis of broadband noise generation and propagation due to turbulence-cascade interaction is developed. The core algorithm of the present method is based on the B-periodicity of the acoustic response function of the flat-airfoil cascade to the ingesting gust (B denotes the number of airfoils in the cascade). To confirm this periodicity, gust-cascade interaction problem are solved by using the time-domain method, which shows that the incident gust with the circumferential mode number having the same remainders when divided by the airfoil number excites the same acoustic response of the cascade. Using the proposed fast algorithm with this periodicity, we show that the total computation time for the model broadband problem using the total 525 incident gust modes can be reduced to about 1/4 of that taken in using the previous time-domain program.
The objective of the present work is to develop a time-domain numerical method of broadband noise in a cascade of airfoils. This paper focuses on dipolar broadband noise sources, resulting from the interaction of turbulent inflows with the flat-plate airfoil cascade. The turbulence response of a two-dimensional cascade is studied by solving both of the linearised and the full nonlinear Euler equations employing accurate higher order spatial differencing, time stepping techniques and non-reflecting inflow/outflow boundary condition. The time-domain result using the linearised Euler equations shows good agreement with the analytical solution using the modified LINSUB code. Through the comparison of the nonlinear time-domain result using the full nonlinear Euler equations with the linear, it is found that the acoustic mode amplitude of the nonlinear response is less than that of the linear response due to the energy cascade from low frequency components to the high frequency ones. Considering the merits of the time-domain methods over the typical time-linearised frequency-domain analysis, the current method is expected to be promising tools for analyzing the effects of the airfoil shapes, non-uniform background flow, linear-nonliear regimes on the broadband noise due to turbulence-cascade interaction.
The objective of the present work is to develop a time-domain numerical method of broadband noise in a cascade of airfoils. This paper focuses on dipole broadband noise sources, resulting from the interaction of turbulent inflows with the flat-plate airfoil cascade. The turbulence response of a two-dimensional cascade is studied by solving both of the linearised and full nonlinear Euler equations employing accurate higher order spatial differencing, time stepping techniques and non-reflecting inflow/outflow boundary condition. The time-domain result using the linearised Euler equations shows good agreement with the analytical solution using the modified LINSUB code. Through the comparison of the nonlinear time-domain result using the full nonlinear Euler equations with the linear, it is found that the acoustic mode amplitude of the nonlinear response is less than that of the linear response due to the energy cascade from low frequency components to the high frequency ones. Considering the merits of the time-domain methods over the typical time-linearised frequency-domain analysis, the current method is expected to be promising tools for analyzing the effects of the airfoil shapes, non-uniform background flow, linear-nonliear regimes on the broadband noise due to gust-cascade interaction.
This paper investigates the modal acoustic power by a cascade of flat-plate airfoils interacting with homogeneous, isotropic turbulence. Basic formulation for the acoustic power upstream and downstream is based on the analytical theory of Smith and its generalization due to Cheong et al. The acoustic power spectrum has been expressed as the sum of cut-on acoustic modes, whose modal power is the product of three terms: a turbulence series, an upstream or downstream power factor and an upstream or downstream acoustic response function. The effect of these terms in the modal acoustic power has been examined. For isotropic turbulence gust, the turbulent series are only reducing factor of the modal acoustic power. The power factor tends to reduce the modal acoustic power in the upstream direction, although the power factor is liable to increase the modal acoustic power in the downstream direction. The modes close to cut-off are decreasing strongly, especially in the downstream direction. Therefore the modes close to cut-off don't contribute highly to the radiated acoustic power in the downstream direction, although the modal acoustic pressure is high for these modes.
This paper investigates the modal acoustic power by a cascade of flat-plate airfoils interacting with homogeneous, isotropic turbulence. Basic formulation for the acoustic power upstream and downstream is based on the analytical theory of Smith and its generalization due to Cheong et al. The acoustic power spectrum has been expressed as the sum of cut-on acoustic modes, whose modal power is the product of three terms: a turbulence series, an upstream or downstream power factor and an upstream or downstream acoustic response function. The effect of these terms in the modal acoustic power has been examined. For isotropic turbulence gust, the turbulent series are only reducing factor of the modal acoustic power. The power factor tends to reduce the modal acoustic power in the upstream direction, although the power factor is liable to increase the modal acoustic power in the downstream direction. The modes close to cut-off are decreasing strongly, especially in the downstream direction. Therefore the modes close to cut-off don't contribute highly to the radiated acoustic power in the downstream direction, although the modal acoustic pressure is high for these modes.
It is essential for the accurate time-domain prediction of broadband noise due to turbulence-cascade interaction to develop inflow/outflow boundary conditions to satisfy the following three requirements: to maintain the back ground mean flow, to nonreflect the outgoing disturbances and to generate the specified input gust. The preceding study(1) showed that Perfectly Matched Layer (PML) boundary condition was successfully applied to absorb the outgoing disturbances and to generate the specified gust in the time-domain computations of broadband noise due to interaction of incident gust with a cascade of flat-plates. In present study, PML boundary condition is extended in order to predict steady mean flow that is needed for the computation of noise due to interaction of incident gust with a cascade of airfoils. PML boundary condition is originally designed to absorb flow disturbances superimposed on the steady meanflow in the buffer zone. However, the steady meanflow must be computed before PML boundary condition is applied on the flow computation. In the present paper, PML equations are extended by introducing source term to maintain desired mean flow conditions. The extended boundary condition is applied to the benchmark problem where the meanflow around a cascade of airfoils is predicted. These illustrative computations reveal that the extended PML equations can effectively provide and maintain the target meanflow.
It is essential for the accurate time-domain prediction of broadband noise due to turbulence-cascade interaction to develop inflow/outflow boundary conditions to satisfy the following three requirements: to maintain the back ground mean flow, to nonreflect the outgoing disturbances and to generate the specified input gust. The preceding study showed that perfectly matched layer(PML) boundary condition was successfully applied to absorb the outgoing disturbances and to generate the specified gust in the time-domain computations of broadband noise due to interaction of incident gust with a cascade of flat-plates. In present study, PML boundary condition is extended in order to predict steady mean flow that is needed for the computation of noise due to interaction of incident gust with a cascade of airfoils. PML boundary condition is originally designed to absorb flow disturbances superimposed on the steady meanflow in the buffer zone. However, the steady meanflow must be computed before PML boundary condition is applied on the flow computation. In the present paper, PML equations are extended by introducing source term to maintain desired mean flow conditions. The extended boundary condition is applied to the benchmark problem where the meanflow around a cascade of airfoils is predicted. These illustrative computations reveal that the extended PML equations can effectively provide and maintain the target meanflow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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