Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA

Aeroacustica

04AAEMT

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/06 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
L’insegnamento si colloca al secondo anno ed è parte dell'orientamento “Aerogasdinamica”. L'Aeroacustica è la parte della Meccanica dei Fluidi che studia la generazione del rumore: corpi in vibrazione, regioni di flusso turbolento, il mescolamento di flussi a temperature differenti ed altri fenomeni non stazionari generano fluttuazioni della pressione che propagano in un fluido reale come suono. A causa della non linearità delle equazioni del moto, è arduo valutare la produzione del suono da parte della corrente fluida, in quanto la produzione sonora interessa solo una piccolissima frazione dell'energia totale. Il fatto che il campo sonoro possa essere interpretato come una piccola perturbazione del flusso consente soluzioni approssimate del problema. Nel corso di Aeroacustica, dopo un’introduzione all’Acustica, sono descritte le principali e più classiche teorie approssimate, quali la teoria di Lighthill e la teoria del vortex sound. Gli sviluppi più moderni si basano largamente sui metodi numerici. Questo fatto si riflette nel corso dove si introducono i metodi numerici più importanti attualmente impiegati nella comunità aeroacustica per lo studio del rumore emesso dalle turbomacchine, il rumore associato alle strutture aeronautiche, il rumore interno. Durante le esercitazioni si introduce l'uso per le applicazioni aeroacustiche del programma di calcolo scientifico MATLAB.
The course is at the second year and belongs to the section “Aero & Gasdynamics”. Aeroacoustics is a branch of Fluid Mechanics that studies noise generation: vibrating bodies, regions of turbulent flow, the mixing of flows of different temperatures, and other unsteady phenomena produce fluctuations in pressure that propagate through a real fluid as sound. Due to the nonlinearity of the governing equations it is very difficult to predict the sound production of fluid flows, as sound production represents only a very minute fraction of the total energy. The fact that the sound field is in some sense a small perturbation of the flow is, however, used to obtain approximate solutions. In the course, after an introduction to Acoustics, the most important and classical approximate theories are presented, such as the Lighthill theory and the vortex sound theory. Modern developments are extensively based on numerical methods. This is reflected in the course by the introduction to the most relevant methods presently employed in the aeroacoustic community for the analysis of turbomachinery noise, airframe noise, interior noise. The use of the scientific software MATLAB for aeroacoustic applications will be introduced during the exercises.
Al termine del corso l'allievo dovrà essere in grado di analizzare i problemi aeroacustici tipici del progetto aeronautico. In base alle conoscenze teoriche acquisite, l’allievo sarà in grado sia di formulare le opportune approssimazioni per lo studio di un problema aeroacustico. L'allievo sarà inoltre in grado di estrarre le sorgenti acustiche da una simulazione numerica di un determinato problema fluidodinamico e quindi eseguire il calcolo aeroacustico e definire l'impatto acustico del problema in esame.
At the end of the course the student should be able to analyze the typical aeroacoustic problems encountered in the context of the aeronautical design. On the basis of the acquired theoretical understanding, the student will be able to formulate the appropriate simplifications for the study of an aeroacoustic problem. Moreover, the student will be able to extract the noise sources from a numerical simulation of a given flow problem, and to perform the aeroacoustic computation to quantify the acoustic impact of the problem under study.
Sono richieste conoscenze di carattere matematico (fondamenti di calcolo differenziale e integrale, teoria delle equazioni a derivate parziali, metodi numerici) e fisico (aerodinamica e gasdinamica).
A basic knowledge of mathematics (fundamentals of differential and integral calculus, partial differential equations theory, numerical methods) and physics (aerodynaics and gasdynamics) is requested.
EQUAZIONI FONDAMENTALI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI (1.5 ore). Leggi di conservazione. Conservazione della massa, quantità di moto ed energia. Equazioni di Navier-Stokes ed Eulero. Relazioni termodinamiche. CAMPO ACUSTICO: PROPRIETÀ ED EQUAZIONI (6 ore). Caratteristiche del suono ed ordini di grandezza. Equazioni linearizzate. Proprietà delle onde acustiche. Energia ed intensità acustiche. Formulazione in frequenza. Parametri adimensionali e compattezza. CAMPO ACUSTICO LIBERO (3 ore). Soluzioni onda piana ed onda sferica. ONDE INCIDENTI SU UNA SUPERFICIE PIANA DI DISCONTINUITÀ (7.5 ore). Trasmissione ortogonale tra due mezzi acustici. Rifrazione di un’onda obliqua tra due mezzi acustici. Onda obliqua incidente su una parete flessibile. PROPAGAZIONE DI ONDE ACUSTICHE NEI CONDOTTI (12 ore). Modi acustici di condotto. Propagazione onde piane in un condotto a sezione variabile. Propagazione di onde piane nei tubi con variazione improvvisa di area. Camera di espansione. Risuonatori. Risuonatore di Helmholtz. SORGENTI SONORE (9 ore). Radiazione acustica di una sfera pulsante e di una sfera rigida oscillante. Monopolo e dipolo acustici. Funzione di Green di campo libero. Quadrupolo acustico. Approssimazione di campo lontano. SOLUZIONE INTEGRALE DELL’EQUAZIONE D’ONDA (6 ore). Funzione di Green dell’equazione d’onda. Soluzione integrale in un dominio fisso e sorgente fissa. Soluzione integrale in un dominio mobile e sorgente fissa. SORGENTI SONORE IN MOVIMENTO (3 ore). Sorgente puntiforme in movimento in uno spazio illimitato. Sorgenti fluidodinamiche in movimento. TEORIE ANALOGICHE (9 ore). Analogia aeroacustica di Lighthill. Rumore di un getto turbolento. Rumore generato dall’interazione tra un campo di moto fluido e un corpo immerso. Formulazione di Curle. Formulazione di Ffowcs Williams e Hawkings. Vortex Sound Theory. AEROACUSTICA NUMERICA (3 ore). Introduzione ai metodi numerici per la simulazione di fenomeni aeroacustici.
FUNDAMENTAL EQUATIONS OF FLUID MECHANICS (1.5 hours). Conservation laws. Conservation of mass, momentum and energy. Navier- Stokes and Euler equations. Thermodynamic relations. ACOUSTIC FIELD: PROPERTIES AND EQUATIONS (6 hours). Sound characteristics and orders of magnitude. Linearized equations. Acoustic wave properties. Acoustic energy and intensity. Frequency formulation. Non-dimensional parameters and compactness. FREE ACOUSTIC FIELD (3 hours). Plane and spherical wave solutions. INCIDENT WAVES ON A DISCONTINUITY PLANE SURFACE (7.5 hours). Orthogonal transmission between two acoustic media. Refraction of an oblique wave between two acoustic media. Oblique wave incident on a flexible wall. SOUND WAVE PROPAGATION IN DUCTS (12 hours). Duct acoustic modes. Plane wave propagation in a variable cross section duct. Plane wave propagation in ducts with sudden cross section variations. Expansion chamber. Resonators. Helmholtz resonator. SOUND SOURCES (9 hours). Acoustic radiation of a pulsating sphere and of a rigid oscillating sphere. Acoustic monopole and dipole. Free-field Green’s function. Acoustic quadrupole. Far-field approximation. INTEGRAL SOLUTION OF THE WAVE EQUATION (6 hours). Green’s function for the wave equation. Integral solution in a fixed domain with a fixed source. Integral solution with a fixed source in a moving domain. MOVING SOUND SOURCES (3 hours). Moving point source in an unbounded domain. Moving fluid-dynamic sources. ANALOGICAL THEORIES (9 hours). Lighthill’s acoustic analogy. Turbulent jet noise. Noise generated for the interaction of a fluid flow with an immersed body. Curle formulation. Ffowcs Williams and Hawkings formulation. Vortex Sound Theory. COMPUTATIONAL AEROACOUSTICS (3 hours). Introduction to the numerical methods per wave propagation phenomena.
Le lezioni di teoria (40 ore) e le esercitazioni (20 ore) sono alternate in modo coordinato. Le esercitazioni in aula vertono su applicazioni della teoria svolta a lezione in forma di esercizi di calcolo. All’allievo vengono presentati problemi atti a sviluppare le capacità di applicare la teoria nel contesto dei problemi aeroacustici e sviluppare le competenze attese. Gli esercizi sono proposti in progressione didattica. Parte dei calcoli svolti durante le esercitazioni saranno eseguiti utilizzando il software MATLAB fornendo le indicazioni necessarie per redigere i relativi programmi di calcolo.
Lectures (40 hours) and exercises (20 hours) are organized in a complementary way. The exercises deal with computational applications of the theory developed during the lectures. Problems are presented to the student to develop the capability of applying the theoretical concepts to practical aeroacoustic problems and to develop the expected expertise. The exercises are proposed in didactic progression. Some of the calculations proposed during the exercises will be made using the software MATLAB providing the hints for the development of the scripts.
Poiché parte di questo insegnamento è una particolare sintesi di molti aspetti dell'acustica e dell'aeroacustica, è stato preparato materiale didattico apposito in quanto non esistono testi didattici specifici. Nel materiale fornito si fa riferimento a testi specialistici per approfondimenti. Lezioni: appunti del corso forniti dal docente e messi a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento sul portale della didattica. Esercitazioni: testi dei problemi proposti, con le tracce per la soluzione, e relativi codici MATLAB messi a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento sul portale della didattica.
The lectures are a synthesis of many aspect of acoustics and aeroacoustics, therefore didactic notes have been prepared because of the absence of specific reference books. In the notes, references are made to specialized books for further study. Lectures: Course notes provided in electronic format on the web portal, for the enrolled students. Exercises: The text of the proposed exercises, with the solution trace, and the MATLAB scripts are provided to the enrolled students in electronic format on the web portal.
Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
L’esame finale accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. Al fine di verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e delle capacità di applicarle, la verifica si compone in una prova scritta composta da due domande di teoria riguardanti gli argomenti svolti a lezione e da quattro esercizi d calcolo riguardanti i problemi svolti nelle esercitazioni. Le sei domande hanno uguale peso. Durante la prova è consentivo l'uso degli appunti del corso.
Exam: Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The final assessment is aimed to verify the level of knowledge about the theory and of the expected learning outcomes. To verify these objectives, the exam is a written test composed by two questions about the theory described during the lectures, and four computational problems about the topics studied during the exercises. All questions have the same weight. During the exam it is possible to consult the course notes.
Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
L’esame finale accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. Al fine di verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e delle capacità di applicarle, la verifica si compone in una prova scritta composta da due domande di teoria riguardanti gli argomenti svolti a lezione e da quattro esercizi dicalcolo riguardanti i problemi svolti nelle esercitazioni. Le sei domande hanno uguale peso. Durante la prova è consentivo l'uso degli appunti del corso.
Exam: Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The final assessment is aimed to verify the level of knowledge about the theory and of the expected learning outcomes. To verify these objectives, the exam is a written test composed by two questions about the theory described during the lectures, and four computational problems about the topics studied during the exercises. All questions have the same weight. During the exam it is possible to consult the course notes.


© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
Contatti