Aeroacoustic Characteristics of Boundary-Layer Regimes

Abstract

Aeroakustika mezní vrstvy je relativně nový studijní obor, který se zabývá mezní vrstvou jako zdrojem zvuku. Tato práce si klade za cíl rozšířit teorii aeroakustických charakteristik mezní vrstvy během počáteční fáze přechodu ze stavu laminární mezní vrstvy do stavu turbulentní mezní vrstvy. Nejprve jsou představeny základní teoretické základy dynamiky tekutin, poté následuje literární přehled o aeroakustice mezní vrstvy. Tato práce představuje nový teoretický přístup, metodu akustického zdroje, k řešení frekvenčních charakteristik mezní vrstvy v počáteční fázi přechodu. Navržený model je založen na teorii lineární nestability. Poslední část práce se zabývá experimentem, který je navržen s ohledem na aerodynamický tunel, který není primárně určen pro aeroakustický experiment. Experimentální výsledky získané na NACA 0012 při nulovém úhlu náběhu jsou porovnány s výsledky získanými z navržené metody řešení frekvenčních charakteristik. Teoretické a experimentální výsledky se velmi dobře shodují mezi sebou a s výsledky získanými z empirické metody dle Brookse, Popea a Marcoliniho.

The aeroacoustics of the boundary layer is a relatively new field of study that considers the boundary layer as a source of sound. This thesis aims to extend the theory of the aeroacoustic characteristics of the boundary layer during the initial stage of the transition from a laminar to a turbulent boundary-layer state. The fundamental theoretical background of fluid dynamics is introduced first, followed by a literature survey on boundary-layer aeroacoustics. A novel theoretical approach is presented, an acoustic source method, for solving the frequency characteristics of the boundary layer in the initial phase of the transition. The proposed model is based on the theory of single-mode linear instability. The last part of the thesis describes experiments performed in a non-aeroacoustic wind tunnel facility. The experimental results obtained on a NACA 0012 airfoil at zero angle of attack are compared with the results obtained from the proposed method of solution of frequency characteristics. The theoretical and experimental results agree closely with each other and with the results obtained from the empirical model of Brooks, Pope, and Marcolini.