Aeroacustica

La simulazione dell’aeroacustica è un compito noioso che fonde le complessità della dinamica dei fluidi con le sfumature dei fenomeni acustici. Questa sfida a doppio dominio è caratterizzata da numerosi ostacoli tecnici, che vanno dall’ampia gamma di scale coinvolte alle distinzioni più sottili dei segnali acustici tra flussi turbolenti. Per superare queste difficoltà tecniche e migliorare la nostra comprensione dei comportamenti aeroacustici, ingegneri e ricercatori devono utilizzare strumenti sofisticati come Cadence Fidelity LES.

Sfide della simulazione dell’aeroacustica
La simulazione dell’aeroacustica presenta sfide significative. Di seguito è riportato un elenco di alcune di queste carenze:

Ampia gamma di scale: i fenomeni aeroacustici coprono ampie scale spaziali e temporali. Catturare ogni scala richiede risoluzioni di griglia fini e lunghi tempi di simulazione. Ampiezza delle onde acustiche: i segnali aeroacustici sono spesso più sottili delle fluttuazioni della pressione del flusso turbolento, rendendo difficile distinguerli dalle strutture di flusso dominanti.
Propagazione a distanza: il suono generato da sorgenti aerodinamiche locali può propagarsi su grandi distanze, rendendo le simulazioni a dominio completo proibitive dal punto di vista computazionale.
Geometrie complesse: i problemi del mondo reale spesso coinvolgono geometrie intricate, come motori di aeromobili o esterni di veicoli, che complicano la modellazione del flusso di fluidi e della propagazione del suono.
Condizioni al contorno: la scelta e l’implementazione di condizioni al contorno appropriate sono fondamentali per evitare riflessioni spurie o comportamenti non fisici.
Natura transitoria: molti problemi sono instabili e richiedono simulazioni transitorie, aumentando lo sforzo computazionale e complicando l’analisi statistica.
Interazioni non lineari: livelli sonori elevati possono coinvolgere interazioni aerodinamiche e acustiche non lineari, richiedendo risorse computazionali aggiuntive.
Interazioni multifisiche: alcune simulazioni devono tenere conto di altri effetti fisici, come il trasferimento di calore o la combustione, complicando la configurazione. Dissipazione numerica: i metodi numerici possono introdurre dissipazione artificiale, smorzando o sopprimendo segnali acustici di interesse.

La scelta del software di simulazione giusto è fondamentale per affrontare le sfide ingegneristiche del mondo reale e la ricerca fondamentale in aeroacustica. Fidelity LES è uno strumento di prim’ordine per analisi di flusso ad alta fedeltà, inclusa l’aeroacustica. Questo software sfrutta la simulazione di grandi vortici (LES) integrando tecniche e modelli numerici avanzati per simulare flussi instabili con dissipazione e dispersione ridotte. Utilizzando varie formulazioni di risolutori basate sul metodo del volume finito, Fidelity LES cattura efficacemente diverse condizioni di flusso, inclusi flussi a bassa velocità, ad alta velocità e reagenti.

Fidelity LES cattura con precisione i fenomeni di flusso anche su griglie grossolane, dimostrando un’efficienza e una scalabilità impressionanti sia su CPU che su GPU. In particolare, una GPU V100 eguaglia la potenza di elaborazione di quasi 400 CPU Intel Skylake 2018 per il suo risolutore implicito a basso Mach.

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