Published May 25, 2021
| Version v1
Publication
Open
On the effect of velvet structures on trailing edge noise: experimental investigation and theoretical analysis
- 1. Hong Kong University of Science and Technology
- 2. University of Hong Kong
- 3. HKUST Shenzhen Research Institute
Description
This study is inspired by the velvety structures on an owl's upper wing surface. Anechoic wind tunnel experiments were conducted to study the effect of the velvety structures on trailing edge noise as well as the boundary layer flow of a flat plate model. The tests were conducted in The Hong Kong University of Science and Technology low-speed wind tunnel, ultra-quiet noise injection test and evaluation device (UNITED). It was found that the trailing edge noise spectra are significantly modified by the velvety structures. In general, the velvety structures increase the low-frequency noise below a cross-over Strouhal number $St_c$ but reduce the spectral level at higher frequencies. The velvety surface also changes the boundary layer characteristics in terms of the boundary layer thickness, non-dimensional velocity distribution and turbulence distribution. Vortex shedding is suppressed by the velvety coating despite the blunt trailing edge. An analytic model is proposed for the trailing edge noise of a flat plate, including the effect of finite trailing edge thickness and velvety structures on the flat plate surface. The model uses the near wake distribution of the mean and fluctuating velocities in the streamwise direction as the input. The predictions, which require no empirical corrections, match well with the experiments for both the baseline and velvet-coated configurations. With a detailed non-dimensional analysis, this study proposes a potential aeroacoustic function of velvet structures, i.e. noise control through manipulation of boundary layer statistics.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
هذه الدراسة مستوحاة من الهياكل المخملية على سطح الجناح العلوي للبومة. تم إجراء تجارب نفق الرياح عديم الصدى لدراسة تأثير الهياكل المخملية على ضوضاء الحافة الخلفية وكذلك تدفق الطبقة الحدودية لنموذج اللوحة المسطحة. تم إجراء الاختبارات في نفق الرياح منخفض السرعة التابع لجامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا، وجهاز اختبار وتقييم حقن الضوضاء فائق الهدوء (UNITED). وجد أن أطياف ضوضاء الحافة الخلفية يتم تعديلها بشكل كبير بواسطة الهياكل المخملية. بشكل عام، تزيد الهياكل المخملية من الضوضاء منخفضة التردد تحت رقم Strouhal المتقاطع $St_c$ ولكنها تقلل من المستوى الطيفي عند الترددات الأعلى. يغير السطح المخملي أيضًا خصائص الطبقة الحدودية من حيث سمك الطبقة الحدودية وتوزيع السرعة غير الأبعاد وتوزيع الاضطراب. يتم كبح تساقط الدوامة بواسطة الطلاء المخملي على الرغم من الحافة الخلفية الحادة. يُقترح نموذج تحليلي لضوضاء الحافة الخلفية للوحة المسطحة، بما في ذلك تأثير سماكة الحافة الزائدة المحدودة والهياكل المخملية على سطح اللوحة المسطحة. يستخدم النموذج توزيع الاستيقاظ القريب للمتوسط والسرعات المتقلبة في اتجاه التيار كمدخل. تتطابق التنبؤات، التي لا تتطلب أي تصحيحات تجريبية، بشكل جيد مع التجارب لكل من التكوينات الأساسية والمغلفة بالمخمل. من خلال تحليل مفصل غير بعدي، تقترح هذه الدراسة وظيفة صوتية هوائية محتملة للهياكل المخملية، أي التحكم في الضوضاء من خلال التلاعب بإحصائيات الطبقة الحدودية.Translated Description (French)
Cette étude s'inspire des structures veloutées sur la surface supérieure de l'aile d'un hibou. Des expériences en soufflerie anéchoïque ont été menées pour étudier l'effet des structures veloutées sur le bruit du bord de fuite ainsi que l'écoulement de la couche limite d'un modèle de plaque plate. Les tests ont été effectués dans la soufflerie à basse vitesse de l'Université des sciences et de la technologie de Hong Kong, dispositif de test et d'évaluation d'injection de bruit ultra-silencieux (UNITED). Il a été constaté que les spectres de bruit de bord de fuite sont significativement modifiés par les structures veloutées. En général, les structures veloutées augmentent le bruit basse fréquence en dessous d'un nombre de Strouhal croisé $St_c$ mais réduisent le niveau spectral à des fréquences plus élevées. La surface veloutée modifie également les caractéristiques de la couche limite en termes d'épaisseur de la couche limite, de distribution de vitesse non dimensionnelle et de distribution de turbulence. La perte de tourbillon est supprimée par le revêtement velouté malgré le bord de fuite émoussé. Un modèle analytique est proposé pour le bruit de bord de fuite d'une plaque plate, y compris l'effet de l'épaisseur finie du bord de fuite et des structures veloutées sur la surface de la plaque plate. Le modèle utilise la distribution proche du sillage des vitesses moyennes et fluctuantes dans le sens du courant comme entrée. Les prédictions, qui ne nécessitent aucune correction empirique, correspondent bien aux expériences pour les configurations de base et recouvertes de velours. Avec une analyse non dimensionnelle détaillée, cette étude propose une fonction aéroacoustique potentielle des structures en velours, c'est-à-dire le contrôle du bruit par la manipulation des statistiques de la couche limite.Translated Description (Spanish)
Este estudio se inspira en las estructuras aterciopeladas de la superficie superior del ala de un búho. Se realizaron experimentos de túnel de viento anecoico para estudiar el efecto de las estructuras aterciopeladas sobre el ruido del borde de salida, así como el flujo de la capa límite de un modelo de placa plana. Las pruebas se realizaron en el túnel de viento de baja velocidad de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, en una prueba de inyección de ruido ultra silenciosa y en un dispositivo de evaluación (UNITED). Se encontró que los espectros de ruido del borde de salida se modifican significativamente por las estructuras aterciopeladas. En general, las estructuras aterciopeladas aumentan el ruido de baja frecuencia por debajo de un número de Strouhal cruzado $St_c$, pero reducen el nivel espectral a frecuencias más altas. La superficie aterciopelada también cambia las características de la capa límite en términos del espesor de la capa límite, la distribución de la velocidad no dimensional y la distribución de la turbulencia. El recubrimiento aterciopelado suprime el desprendimiento del vórtice a pesar del borde posterior romo. Se propone un modelo analítico para el ruido del borde de salida de una placa plana, incluido el efecto del espesor finito del borde de salida y las estructuras aterciopeladas en la superficie de la placa plana. El modelo utiliza la distribución cercana a la estela de las velocidades medias y fluctuantes en la dirección de la corriente como entrada. Las predicciones, que no requieren correcciones empíricas, coinciden bien con los experimentos tanto para las configuraciones de referencia como para las recubiertas de terciopelo. Con un análisis no dimensional detallado, este estudio propone una posible función aeroacústica de las estructuras de terciopelo, es decir, el control del ruido mediante la manipulación de las estadísticas de la capa límite.Files
div-class-title-on-the-effect-of-velvet-structures-on-trailing-edge-noise-experimental-investigation-and-theoretical-analysis-div.pdf.pdf
Files
(6.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e861dad55eab2e79a8d8204a177f5a8b
|
6.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حول تأثير الهياكل المخملية على ضوضاء الحافة الخلفية: التحقيق التجريبي والتحليل النظري
- Translated title (French)
- Sur l'effet des structures en velours sur le bruit de bord de fuite : investigation expérimentale et analyse théorique
- Translated title (Spanish)
- Sobre el efecto de las estructuras de terciopelo en el ruido de borde de salida: investigación experimental y análisis teórico
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3164285728
- DOI
- 10.1017/jfm.2021.374
References
- https://openalex.org/W1515007632
- https://openalex.org/W1591683764
- https://openalex.org/W1641472068
- https://openalex.org/W1963795331
- https://openalex.org/W1977231239
- https://openalex.org/W1982672762
- https://openalex.org/W1989880365
- https://openalex.org/W1993622931
- https://openalex.org/W2004103706
- https://openalex.org/W2019676983
- https://openalex.org/W2024081693
- https://openalex.org/W2025629565
- https://openalex.org/W2029454068
- https://openalex.org/W2031868884
- https://openalex.org/W2032689706
- https://openalex.org/W2042299607
- https://openalex.org/W2045051485
- https://openalex.org/W2045710208
- https://openalex.org/W2046659807
- https://openalex.org/W2050690867
- https://openalex.org/W2050995997
- https://openalex.org/W2061618562
- https://openalex.org/W2066074223
- https://openalex.org/W2070101112
- https://openalex.org/W2075651141
- https://openalex.org/W2080639789
- https://openalex.org/W2091204780
- https://openalex.org/W2095841648
- https://openalex.org/W2099984946
- https://openalex.org/W2104141344
- https://openalex.org/W2106194530
- https://openalex.org/W2114180703
- https://openalex.org/W2131755079
- https://openalex.org/W2139068534
- https://openalex.org/W2148053032
- https://openalex.org/W2153894781
- https://openalex.org/W2301488218
- https://openalex.org/W2322672331
- https://openalex.org/W2325534017
- https://openalex.org/W2334425239
- https://openalex.org/W2487351334
- https://openalex.org/W2520693775
- https://openalex.org/W2547161842
- https://openalex.org/W2561797084
- https://openalex.org/W2806094576
- https://openalex.org/W2808322267
- https://openalex.org/W2810767198
- https://openalex.org/W2911448131
- https://openalex.org/W2936412328
- https://openalex.org/W2945196537
- https://openalex.org/W2946105959
- https://openalex.org/W2970234932
- https://openalex.org/W2970955744
- https://openalex.org/W2975714545