Avances en aeroacústica con COMSOL Multiphysics
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La demanda de soluciones acústicas óptimas se extiende por una amplia gama de industrias, desde la automotriz y la aeroespacial hasta la arquitectura y la electrónica. En este contexto, COMSOL Multiphysics ofrece herramientas para simular y optimizar el comportamiento acústico de productos y sistemas.
¿Qué hace a COMSOL Multiphysics destacar en el campo de la acústica? La respuesta radica en su capacidad para modelar fenómenos físicos complejos de manera integrada. Desde la propagación del sonido en estructuras hasta la absorción acústica en materiales porosos, COMSOL permite a los usuarios explorar una variedad de escenarios con una fidelidad sin igual.
Además, la plataforma ofrece una interfaz intuitiva que facilita la creación y manipulación de modelos, junto con un amplio conjunto de herramientas de postprocesado que permiten analizar y visualizar los resultados de manera efectiva. Esto no solo acelera el proceso de diseño, sino que también fomenta la innovación al proporcionar información detallada sobre el rendimiento acústico de los productos en desarrollo.
La acústica en COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics ofrece herramientas para simular una amplia gama de fenómenos acústicos y relacionados, que incluyen la propagación del sonido en fluidos y sólidos (Pressure Acoustics, Ultrasound in Fluids, Elastic Waves y Ultrasound in Solids), la interacción electroacústica en dispositivos como altavoces y micrófonos (Electroacoustics), el estudio de fenómenos acústicos a escala microscópica (Microacoustics), la generación y propagación del sonido en flujos de aire alrededor de objetos sólidos (Aeroacoustics), la simulación de la propagación del sonido en entornos arquitectónicos y urbanos (Geometrical Acoustics), y el estudio de flujos de fluido inducidos por ondas acústicas (Acoustic Streaming). Estas herramientas permiten a los usuarios modelar, simular y optimizar una variedad de aplicaciones acústicas en campos como la ingeniería, la medicina, la biotecnología y más.
Ahora, profundicemos en la aeroacústica, que se enfoca en el estudio del sonido generado por la interacción entre el flujo de aire y objetos sólidos, como aviones, vehículos, turbinas eólicas y estructuras aerodinámicas.
Aeroacústica en COMSOL Multiphysics
La aeroacústica abarca un amplio espectro de aplicaciones, desde la reducción del ruido en la industria aeroespacial y automotriz hasta la optimización del diseño de turbinas eólicas y estructuras aerodinámicas. La plataforma COMSOL permite a los ingenieros pueden simular la generación, propagación y absorción del ruido en una variedad de configuraciones aeroacústicas. Esto incluye la predicción del ruido aerodinámico generado por vehículos en movimiento, como aviones, automóviles y trenes de alta velocidad, así como la evaluación de estrategias de mitigación del ruido, como el diseño de perfiles aerodinámicos y la implementación de dispositivos de reducción de ruido [1].
Una de las características destacadas de COMSOL en aeroacústica es su capacidad para modelar la turbulencia del flujo de aire y su influencia en la generación de ruido. Los modelos fluidodinámicos y acústicos se combinan para capturar con precisión la interacción compleja entre la turbulencia del flujo y las estructuras sólidas, lo que permite a los ingenieros identificar las fuentes de ruido y desarrollar estrategias efectivas para su control. Ver ejemplo siguiente.
Flujo sobre una cavidad
El flujo sobre una cavidad y el ruido tonal generado es una fuente típica de ruido en sistemas de tuberías que tienen válvulas y otras cavidades. Este ejemplo representa un caso de ruido inducido por flujo en un sistema conducto. El modelo tutorial [2] muestra los pasos involucrados en una simulación de ruido inducido por flujo en COMSOL Multiphysics utilizando los Módulos de Acústica y CFD.
Para resolver este problema se usan las interfaces de Large Eddy Simulation (LES) de CFD y Pressure Acoustics, Frequency Domain de Acoustics Module. Los pasos que se han hecho son los siguientes: 1) Resolver un modelo LES inicial para obtener un flujo turbulento completamente desarrollado. Se emplean 10 pasos y se usa el mismo mallado para el siguiente estudio. 2) Resolver el modelo LES (utilizando los resultados del Estudio 1 como condición inicial). 3) Mapeo transitorio de los términos fuente de la malla de CFD a la malla de acústica. 4) Transformada de Fourier de los términos fuente utilizando el Time to Frequency FFT study step y poniendo el mapeo transitorio como Input Study. 4) Análisis acústico en el dominio de la frecuencia. Los resultados se ven en la figura de la cabecera, que muestra el campo de velocidades en la cavidad y zona circundante, y el patrón de presión acústica en el dominio más grande.
