شبیه‌سازی آکوستیکی اختلاط جریان‌های سرد و گرم توسط میکسر کنگره‌دار در یک موتور توربوفن باکنارگذر بالا

قوانین و مقررات مربوط به کاهش صدا برای موتورهای توربوفن، نیازمند ایجاد پیکربندی‌های موثر در جلوگیری از صدای جت موتور می‌باشد. میکسرهای کنگره‌دار به عنوان یک وسیله موثر کاهش صدا برای موتور‌های توربوفن شناخته شده‌اند. در این تحقیق، اختلاط جریان هوای سرد و گرم در یک میکسر کنگره‌دار برای یک موتور توربوفن با کنارگذر بالا شبیه‌سازی شده است. معادلات ناویراستوکس به‌صورت سه‌بعدی، تراکم‌پذیر، پایا و مغشوش درنظر گرفته شده‌اند. برای حل جریان مغشوش، از مدل اغتشاشی k-ωsst استفاده شده است، همچنین جهت بررسی قدرت آکوستیکی، از روش منابع نویز صوتی پهن باند استفاده شده است. در این تحقیق، در ابتدا، روش شبیه‌سازی مورد اعتبارسنجی قرارگرفته و نتایج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج تجربی دیگران مقایسه شده است. سپس تاثیر میکسر کنگره‌دار در اختلاط جریان‌های سرد و گرم و کاهش نویز توسط آن در یک موتور توربوفن با کنار گذر بالا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد، ماکزیمم قدرت آکوستیکی در فاصله 14 متری از نازل در حدود 72 دسی‌بل به‌دست آمد که با دور شدن از نازل موتور، میزان قدرت آکوستیکی کاهش می‌یابد. همچنین، مقدار ماکزیمم قدرت آکوستیکی بر روی هسته مرکزی، درخروجی نازل از حدود 90 دسی‌بل، به 72 دسی‌بل کاهش یافته است. ماکزیمم قدرت آکوستیکی بر روی سطح میکسر در ناحیه نزدیک به جریان هسته مرکزی در حدود 95 دسی‌بل مشاهده شد. در نهایت می‌توان نتیجه گرفت که اختلاط دو جریان توسط میکسر منجر به کاهش قدرت آکوستیکی و افزایش یکنواختی آن در خروج از نازل می‌شود و با عبور جریان از نازل، میزان قدرت آکوستیکی نزدیک هسته مرکزی افزایش می‌یابد.

acoustic simulation of hot and cold flow mixing by a lobed mixer in a high bypass ratio turbofan engine

noise reduction laws for turbofan engines require effective configurations to reduce jet engine noise. lobed mixers are known to be effective for noise reduction in high bypass ratio turbofan engines. in this study, a mixture of hot and cold flow is simulated in a lobed mixer for a high bypass ratio turbofan engine. navier-stokes equations are considered three-dimensional, compressible, steady, and turbulent. to solve the turbulent flow, the turbulent model has been used; besides, to investigate the acoustic power, the broadband noise source model was applied. in this research, first, the simulation method was validated and the results were compared with the experimental data of previous studies. then, the impact of the lobed mixer was investigated on mixing hot and cold flow and noise reduction in a high-bypass ratio turbofan engine. the results of this study show that the maximum acoustic power was obtained at about 72 db at a distance of 14 meters from the nozzle, decreasing by moving away from the engine nozzle; also, the maximum amount of acoustic power in the central body at nozzle exit has decreased from about 90 db to 72 db. the maximum acoustic power was observed at about 95 db on the mixer surface next to the central body flow. finally, we can conclude that a mixture of flow reduces the acoustic power and improves its uniformity at the nozzle exit while increasing the acoustic power near the central body.