Η συνεχόμενη βελτίωση της ακουστικής συμπεριφοράς των επιβατικών αυτοκινήτων φέρνει στο
προσκήνιο πηγές ηχητικής όχλησης μικρής, μέχρι τώρα, σημασίας, όπως τα συστήματα κλιματισμού.
Αποτέλεσμα, το ενδιαφέρον πολλών αυτοκινητοβιομηχανιών για υπολογιστικές μεθόδους πρόβλεψης
θορύβου, ικανών να προσφέρουν χρήσιμες πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά τέτοιων συστημάτων,
ακόμα και κατά τη φάση σχεδιασμού.
Σημαντικό μέρος του παραγόμενου θορύβου σε συστήματα κλιματισμού οφείλεται στη ροή α-
έρα εντός τους, και στον επαγόμενο ήχο από αυτή, όπου εστιάζεται και η παρούσα διπλωματική
εργασία. Η μελέτη και προσομοίωση αυτού του αντικειμένου υπάγεται στον κλάδο της Υπολο-
γιστικής Αεροακουστικής και είναι ιδιαίτερα απαιτητική, καθώς πραγματεύεται δύο διαφορετικούς
φυσικούς μηχανισμούς σε σύζευξη, ήτοι την ακουστική και την αεροδυναμική. Οι υπολογιστικές
μέθοδοι πρόβλεψης αεροδυναμικά επαγόμενου ήχου χωρίζονται σε δύο γενικές κατηγορίες, τις άμε-
σες (direct) μεθόδους, στις οποίες οι δύο κλάδοι αντιμετωπίζονται από κοινού, με το ίδιο μοντέλο,
και στις υβριδικές (hybrid), στις οποίες ακουστική και αεροδυναμική επιλύονται με εξειδικευμένα
μοντέλα καθεμιά.
Στην παρούσα εργασία υλοποιείται μία άμεση προσέγγιση, βασισμένη σε μεθόδους Υπολογι-
στικής Ρευστοδυναμικής για συμπιεστές μη-μόνιμες ροές, για την ταυτόχρονη επίλυση, σε κοινό
υπολογιστικό χωρίο, της ροής που είναι υπεύθυνη για την παραγωγή και τη διάδοση του ήχου. Για
αυτόν τον σκοπό, γίνεται χρήση του ανοιχτού λογισμικού OpenFOAM® και υπολογιστικών εργα-
λείων που αναπτύχθηκαν σε γλώσσα Python™, τα δεύτερα για τη μετα-επεξεργασία των ηχητικών
σημάτων που υπολογίζονται από την επίλυση των χρονικά μ-μόνιμων εξισώσεων ροής.
Με στόχο την αξιολόγηση των αριθμητικών προβλέψεων, προτείνεται και υλοποιείται μια πειρα-
ματική διάταξη για τη λήψη ηχητικών μετρήσεων σε αγωγούς συστημάτων κλιματισμού επιβατικών
αυτοκινήτων. Μέσω αυτής, λαμβάνονται μετρήσεις σε πραγματικό αγωγό αυτοκινήτου, εξομοιώνο-
ντας διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας.
Η προτεινόμενη αριθμητική μέθοδος εφαρμόζεται πρώτα σε μία απλοποιημένη γεωμετρία αγωγού
κλιματισμού εκ της βιβλιογραφίας και ύστερα στην προαναφερθείσα πραγματική γεωμετρία. Τα
παραγόμενα αποτελέσματα παρουσιάζουν συσχέτιση με τα αντίστοιχα πειραματικά.
Το μεγαλύτερο μέρος του έργου για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε
κατά την εξάμηνη πρακτική άσκηση στην Toyota Motor Europe (TME) στις Βρυξέλλες.
(EL)
The progress towards quieter passenger vehicles has given prominence to sources of acoustic
annoyance in the cabin previously considered irrelevant, as is the case with Heating Ventilation
and Air Conditioning (HVAC) systems. This has led automotive manufacturers to explore
numerical methods for noise prediction, with the potential to be incorporated into the design
process of such systems, offering an assessment of acoustic performance at a development stage.
A significant portion of HVAC-generated noise is the aerodynamic sound generated by the
unsteady flow inside its components, on which the present work focuses, for which numerical
prediction falls under the scope of computational aeroacoustics. It is especially challenging since
it deals with two physical disciplines of different natures, that is acoustics and fluid mechanics.
Numerical approaches to such problems usually fall into two categories, direct ones, treating both
physical disciplines using the same global model, and hybrid ones, treating flow and acoustics
separately, with models tailored to each.
In this work, a direct approach was implemented, based on compressible unsteady computational
fluid dynamics (CFD), to resolve simultaneously, on the same domain, both sound
propagation and the flow responsible for its generation. For that matter, the OpenFOAM® CFD
toolbox was used, in addition to utilities, developed in the Python™ programming language,
for post-processing the acoustic signals computed via unsteady CFD.
To evaluate the accuracy of the proposed direct numerical method, a benchmark case is
adopted based on production HVAC ducts. A real-world measurement setup is devised and
implemented, on which noise measurements are performed emulating different operating conditions.
The direct method is first applied to a simplified HVAC case adopted from literature, followed
by the aforementioned production case. Numerical sound predictions show an acceptable
correlation with experimental values and other published works.
A major part of the work for the present thesis was carried out during a six-month long
internship at Toyota Motor Europe (TME) in Brussels, Belgium.
(EN)
National Technical University of Athens
