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.

Al termine dell'insegnamento 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.

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).

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.

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.

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.

Slides; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... 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, della durata di 2 ore, composta da quattro domande di teoria riguardanti gli argomenti svolti a lezione e da due domande riguardanti i problemi svolti nelle esercitazioni. Le sei domande hanno uguale peso. Durante la prova non è consentivo l'uso degli appunti del corso e libri.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.