Desarrollo e implementación de metodologías numéricas de elementos finitos para el análisis acústico de silenciadores disipativos. Influencia de altas temperaturas y gradientes térmicos

Abstract

[ES] Este Trabajo Fin de Máster se centra en el desarrollo e implementación de una metodología numérica basada en elementos finitos que permita modelizar y analizar el comportamiento acústico de silenciadores disipativos, teniendo en cuenta el efecto del conducto perforado y la influencia de altas temperaturas y gradientes térmicos. Para el desarrollo del trabajo, se ha empleado el programa de cálculo Ansys, en sus versiones Ansys Parametric Design Language (APDL) y Ansys Workbench. En primer lugar, se parte de una introducción teórica sobre los fundamentos de la acústica en conductos y silenciadores disipativos, ejerciendo como base para entender cualquier apartado posterior. Además, se exponen los fundamentos en los que se basa el método de los elementos finitos para analizar la atenuación acústica de los silenciadores disipativos. Por otro lado, se describe con detalle el problema a resolver, definiendo las características iniciales de la geometría a utilizar, del material absorbente y del conducto perforado. También se enumeran los diferentes casos de estudio, diferenciándose entre sí por la modificación de parámetros asociados a la propia geometría del silenciador, propiedades del material absorbente y del conducto perforado. Tras definir el problema, se desarrollan las dos metodologías a seguir con Ansys para el correcto diseño de los casos de estudio, previamente definidos, y su posterior cálculo del índice de pérdidas de transmisión (TL) y procesado de resultados. Antes de entrar en el análisis de resultados, se valida el funcionamiento de dichas metodologías mediante una comparación detallada del TL para algunas configuraciones concretas. Una vez confirmada la validez de las metodologías desarrolladas e implementadas, el último paso es analizar y comentar los resultados obtenidos, así como detallar el efecto producido por la modificación paramétrica realizada en cada uno de dichos casos con el objetivo de obtener mejoras en los índices de pérdidas de transmisión. Por último, se desarrollan una serie de conclusiones obtenidas tras la realización del Trabajo Fin de Máster.

[EN] This Master's Thesis focuses on the development and implementation of a numerical methodology based on finite elements that allows modeling and analyzing the acoustic behavior of dissipative silencers, taking into account the effect of the perforated duct and the influence of high temperatures and thermal gradients. For the development of the thesis, the commercial finite element software Ansys has been used, in its Ansys Parametric Design Language (APDL) and Ansys Workbench versions. First of all, a theoretical introduction to the fundamentals of acoustics in ducts and dissipative silencers is given, serving as a basis for understanding any subsequent section. In addition, the fundamentals on which the finite element method is based for analyzing the acoustic attenuation of dissipative silencers are presented. On the other hand, the problem to be solved is described in detail, defining the initial characteristics of the geometry to be used, the absorbent material and the perforated duct. The different case studies are also listed, differentiating between them by the modification of parameters associated with the geometry itself, properties of the absorbent material and of the perforated duct. After defining the problem, the two methodologies to be followed with Ansys are developed for the correct design of the previously defined case studies and their subsequent calculation of the transmission loss index (TL) and processing of results. Before entering into the analysis of results, the performance of these methodologies is validated through a detailed TL comparison for a number of selected configurations. Once the validation of the implemented finite element methodologies has been confirmed, the last step is to analyse and comment the results obtained, as well as to provide the relevant details of the effect produced by the parametric modification carried out in each of these cases in order to obtain improvements in the transmission loss index. Finally, a series of conclusions obtained after the completion of the Master's Thesis is developed.

[CA] Aquest Treball Fi de Màster se centra en el desenvolupament i implementació d'una metodologia numèrica basada en elements finits que permeta analitzar el comportament acústic de silenciadors dissipatius, tenint en compte l'efecte del conducte perforat i la influència d'altes temperatures i gradients tèrmics. Per al desenvolupament del treball, s'ha emprat el programa de càlcul Ansys, en les seues versions Ansys Parametric Design Language (APDL) i Ansys Workbench. En primer lloc, es parteix d'una introducció teòrica sobre els fonaments de l'acústica en conductes i silenciadors dissipatius, exercint com a base per a entendre qualsevol apartat posterior. A més, s'exposen els fonaments en els quals es basa el mètode dels elements finits per a analitzar l'atenuació acústica dels silenciadors dissipatius. D'altra banda, es descriu amb detall el problema a resoldre, definint les característiques inicials de la geometria a utilitzar, del material absorbent i del conducte perforat. També s'enumeren els diferents casos d'estudi, diferenciant-se entre si per la modificació de paràmetres associats a la pròpia geometria del silenciador, propietats del material absorbent i del conducte perforat. Després de definir el problema, es desenvolupen les dues metodologies a seguir amb Ansys per al correcte disseny dels casos d'estudi, prèviament definits, i el seu posterior càlcul de l'índex de pèrdues de transmissió (TL) i processament de resultats. Abans d'entrar en l'anàlisi de resultats, es valida el funcionament d'aquestes metodologies mitjançant una comparació detallada del TL per a algunes configuracions concretes. Una vegada confirmada la validessa de les metodologies desenvolupades i implementades, l'últim pas és analitzar i comentar els resultats obtinguts, així com detallar l'efecte produït per la modificació paramètrica realitzada en cadascun d'aquests casos amb l'objectiu d'obtindre millores en els índexs de pèrdues de transmissió. Finalment, es desenvolupen una sèrie de conclusions obtingudes després de la realització del Treball Fi de Màster.