Prediction of Aerodynamically Induced Noise in Automotive HVAC Systems

Μικέδης, Κωνσταντίνος; Mikedis, Konstantinos

dc.contributor.author	Μικέδης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Mikedis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2023-03-27T07:42:52Z
dc.date.available	2023-03-27T07:42:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57314
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25012
dc.rights	Default License
dc.subject	HVAC	en
dc.subject	Aeroacoustics	en
dc.subject	CFD	en
dc.subject	Direct Noise Computation	en
dc.subject	OpenFOAM	en
dc.subject	Αεροακουστική	el
dc.subject	ΥΡΔ	el
dc.subject	Συστήματα Κλιματισμού	el
dc.subject	Άμεσος Υπολογισμός Θορύβου	el
dc.title	Prediction of Aerodynamically Induced Noise in Automotive HVAC Systems	en
dc.title	Πρόβλεψη Αεροδυναμικά Επαγόμενου Θορύβου σε Συστήματα Κλιματισμού Αυτοκινήτων	el
dc.contributor.department	Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Aeroacoustics	en
heal.classification	Αεροακουστική	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02
heal.abstract	The progress towards quieter passenger vehicles has given prominence to sources of acoustic annoyance in the cabin previously considered irrelevant, as is the case with Heating Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems. This has led automotive manufacturers to explore numerical methods for noise prediction, with the potential to be incorporated into the design process of such systems, offering an assessment of acoustic performance at a development stage. A significant portion of HVAC-generated noise is the aerodynamic sound generated by the unsteady flow inside its components, on which the present work focuses, for which numerical prediction falls under the scope of computational aeroacoustics. It is especially challenging since it deals with two physical disciplines of different natures, that is acoustics and fluid mechanics. Numerical approaches to such problems usually fall into two categories, direct ones, treating both physical disciplines using the same global model, and hybrid ones, treating flow and acoustics separately, with models tailored to each. In this work, a direct approach was implemented, based on compressible unsteady computational fluid dynamics (CFD), to resolve simultaneously, on the same domain, both sound propagation and the flow responsible for its generation. For that matter, the OpenFOAM® CFD toolbox was used, in addition to utilities, developed in the Python™ programming language, for post-processing the acoustic signals computed via unsteady CFD. To evaluate the accuracy of the proposed direct numerical method, a benchmark case is adopted based on production HVAC ducts. A real-world measurement setup is devised and implemented, on which noise measurements are performed emulating different operating conditions. The direct method is first applied to a simplified HVAC case adopted from literature, followed by the aforementioned production case. Numerical sound predictions show an acceptable correlation with experimental values and other published works. A major part of the work for the present thesis was carried out during a six-month long internship at Toyota Motor Europe (TME) in Brussels, Belgium.	en
heal.abstract	Η συνεχόμενη βελτίωση της ακουστικής συμπεριφοράς των επιβατικών αυτοκινήτων φέρνει στο προσκήνιο πηγές ηχητικής όχλησης μικρής, μέχρι τώρα, σημασίας, όπως τα συστήματα κλιματισμού. Αποτέλεσμα, το ενδιαφέρον πολλών αυτοκινητοβιομηχανιών για υπολογιστικές μεθόδους πρόβλεψης θορύβου, ικανών να προσφέρουν χρήσιμες πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά τέτοιων συστημάτων, ακόμα και κατά τη φάση σχεδιασμού. Σημαντικό μέρος του παραγόμενου θορύβου σε συστήματα κλιματισμού οφείλεται στη ροή α- έρα εντός τους, και στον επαγόμενο ήχο από αυτή, όπου εστιάζεται και η παρούσα διπλωματική εργασία. Η μελέτη και προσομοίωση αυτού του αντικειμένου υπάγεται στον κλάδο της Υπολο- γιστικής Αεροακουστικής και είναι ιδιαίτερα απαιτητική, καθώς πραγματεύεται δύο διαφορετικούς φυσικούς μηχανισμούς σε σύζευξη, ήτοι την ακουστική και την αεροδυναμική. Οι υπολογιστικές μέθοδοι πρόβλεψης αεροδυναμικά επαγόμενου ήχου χωρίζονται σε δύο γενικές κατηγορίες, τις άμε- σες (direct) μεθόδους, στις οποίες οι δύο κλάδοι αντιμετωπίζονται από κοινού, με το ίδιο μοντέλο, και στις υβριδικές (hybrid), στις οποίες ακουστική και αεροδυναμική επιλύονται με εξειδικευμένα μοντέλα καθεμιά. Στην παρούσα εργασία υλοποιείται μία άμεση προσέγγιση, βασισμένη σε μεθόδους Υπολογι- στικής Ρευστοδυναμικής για συμπιεστές μη-μόνιμες ροές, για την ταυτόχρονη επίλυση, σε κοινό υπολογιστικό χωρίο, της ροής που είναι υπεύθυνη για την παραγωγή και τη διάδοση του ήχου. Για αυτόν τον σκοπό, γίνεται χρήση του ανοιχτού λογισμικού OpenFOAM® και υπολογιστικών εργα- λείων που αναπτύχθηκαν σε γλώσσα Python™, τα δεύτερα για τη μετα-επεξεργασία των ηχητικών σημάτων που υπολογίζονται από την επίλυση των χρονικά μ-μόνιμων εξισώσεων ροής. Με στόχο την αξιολόγηση των αριθμητικών προβλέψεων, προτείνεται και υλοποιείται μια πειρα- ματική διάταξη για τη λήψη ηχητικών μετρήσεων σε αγωγούς συστημάτων κλιματισμού επιβατικών αυτοκινήτων. Μέσω αυτής, λαμβάνονται μετρήσεις σε πραγματικό αγωγό αυτοκινήτου, εξομοιώνο- ντας διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας. Η προτεινόμενη αριθμητική μέθοδος εφαρμόζεται πρώτα σε μία απλοποιημένη γεωμετρία αγωγού κλιματισμού εκ της βιβλιογραφίας και ύστερα στην προαναφερθείσα πραγματική γεωμετρία. Τα παραγόμενα αποτελέσματα παρουσιάζουν συσχέτιση με τα αντίστοιχα πειραματικά. Το μεγαλύτερο μέρος του έργου για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε κατά την εξάμηνη πρακτική άσκηση στην Toyota Motor Europe (TME) στις Βρυξέλλες.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.advisorName	Giannakoglou, Kyriakos	en
heal.committeeMemberName	Giannakoglou, Kyriakos C.	en
heal.committeeMemberName	Aretakis, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Mathioudakis, Konstantinos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false