Publicação: Utilização de síntese modal de componentes e particionamento axial
de dutos para controle dos modos acústicos de alta ordem
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
Nesta tese, a proposta de trabalho centra-se no estudo de redução de ruído em dutos que se
tornou, ao longo dos anos, um campo de intensa aplicação. A abordagem tradicional para
controle de ruído acústico em dutos usa técnicas passivas, como silenciadores resistivos e
reativos fixos, a fim de atenuar o ruído. No momento, o controle ativo de ruído (CAR) é uma
abordagem atraente no que diz respeito à diminuição de ruído, uma vez que este tipo de
tratamento se mostra eficiente, principalmente, em baixas freqüências. Diante da
potencialidade da implantação do CAR em dutos de grandes dimensões, nos quais há
propagação de modos acústicos de alta ordem, nesta tese, propõe-se o particionamento interno
do duto (na direção axial) de modo que o controle ativo de ruído seja realizado em regiões
com propagação de ondas sonoras planas. A metodologia do trabalho é composta de
modelagem e simulação numérica do controle ativo de ruído, utilizando para tanto a técnica
de síntese modal de componentes (SMC), considerando ruído tonal e ruído do tipo banda
larga. Primeiramente, um estudo teórico é efetivado a partir de métodos de controle analítico
baseados na minimização de funções de custo, tais como a pressão em um ponto no interior
do duto, a energia potencial acústica e a potência acústica total no duto. Os resultados
apresentados objetivam mostrar o comportamento e eficiência do CAR em dutos com ondas
planas e modos de alta ordem. A utilização de divisórias internas no duto para planificação
das ondas sonoras é validada empregando um modelo numérico de elementos finitos. Após
validação, o modelo de duto proposto é modelado via SMC e as simulações numéricas de
CAR são realizadas juntamente com otimização da posição dos atuadores do sistema de
controle. Em suma, os resultados otimizados evidenciaram que para um ruído tonal,
consegue-se uma redução da ordem de até 22 dB em função da freqüência de interesse,
utilizando sistemas de controle monocanal. Já para o ruído do tipo banda larga, obtém-se
atenuação da ordem de até 15 dB, todavia, com sistemas de controle do tipo multicanal. Além
disso, as vantagens do particionamento interno do duto para controle ativo de ruído são
abordadas e mostradas ao longo do trabalho.
Abstract
In this study, the proposal of this work is centered in the noise reduction in ducts that became,
over the years, a field of intense application. The traditional approach to acoustic noise
control in ducts uses passive techniques and fixed reactive silencers to mitigate the noise. In
this moment, the Active Control of Noise (ANC) is an attractive approach to noise reduction,
because this type of treatment shows efficient, mainly, low frequencies. Through of the
potential of the implementation of the ANC in ducts, where there are propagation of modes of
high order, in this work, proposes the internal partitioning of the duct (in the axial direction)
so that the active control of noise is carried out in regions spread flat sound waves. The
methodology of work is composed of modeling and numeric simulation of the active control
of noise, using the technical Component Modal Synthesis (CMS), considering tonal noise and
broadband noise. Firstly, a theoretical study is realized through of methods of analytic control
based in the decrease of cost functions, such as the pressure in a point within of the duct, the
acoustics potential energy and the total acoustics potency in the duct. The results are
displayed to show the behavior and efficiency of the ANC in ducts with flat waves and modes
of high order. The use of internal partitions in the duct to planning of the sound waves is
validated using a numeric model of finite elements. After validation, the model of duct
proposed is modeled using CMS, with an optimizer of the actuator position. Therefore, results
optimized showed that for a tonal noise, obtain mitigation of the order of 22 dB depending of
the frequency of interest, using single channel system. For the noise of the type broadband,
get mitigation of the order of 15 dB, nevertheless, with system of control of the type
multichannel. Furthermore, advantages of the internal partitioning of the duct for active
control of noise are studied and shown over the work.
Palavras-chave
Controle ativo de ruído, Modos de alta ordem, Síntese modal de componentes, Otimização, Active noise control, Higher order duct mode, Component mode synthesis, Optimization, Controle de ruído
Citação
NUNES, Maria Alzira de Araújo. Use of Component Mode Synthesis and Axial Splits in Ducts for Noise
Control of Higher Order Duct Mode. 2009. 247 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.