Rekonstruktion der Schallabstrahlung am turbulenten Düsenfreistrahl

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1 Rekonstruktion der Schallabstrahlung am turbulenten Düsenfreistrahl Ein neuer Zugang durch Mehrebenen-Stereo-PIV André Heider und Konstantin Christou Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Abteilung Experimentelle Verfahren Georg-August Universität Göttingen Drittes Physikalisches Institut Arbeitsgruppe Prof. Dr. D. Ronneberger DLR, AS-EV

2 Inhalt 4 Die Düse im Lärmlabor des DLR in Göttingen 4 Lighhill s Analogie 4 Beschreibung des verwendeten Mehrebenen-Stereo-PIV Systems (MSPIV) 4 Verwendung der PIV-Daten zur Rekonstruktion der Schallabstrahlung 4 PIV Messungen im akustischen Quellgebiet 4 Zusammenfassung / Ziel 2

3 Ausgangssituation 4 Düsendurchmesser D= 15 mm; 0,66 Mach; Re =

4 y r DGLR-Fachausschuss-Sitzung T2.3 Lighthills Analogie Lighthill-Gleichung t 2 2 ρ a 2 ρ = 2 x x i j T ij ρ Dichteänderung a Schallgeschwindigkeit T ij Lighthilltensor Lighthilltensor T ij = ρv v + δ s' τ s Entropieänderung T ρv ij i i v j j ij ij τ ij Reibungstensor y r 0 Q r r x r x >> y x r 0 x 4

5 Lighthills Analogie Retardierte Zeit t' = t r x a r y Zeit zu der das beobachtete Ereignis geschah Ergebnis r ρ ' ( x, t ) = 1 4 π a 4 x x r x V Q T t r ( y, t ' ) d i j ij y 4 ω xix jx kx l I = I(x, ω) = R ijkl(,, ') e a π ρ y r z r t x V (y) τ Q VQ( z) ik z e iωt' dzdydt' mit 0 2 R ijkl (y,z, t' ) = (ρ ) (viv j) y,t (vkvl) y+ z,t+ t' 5

6 Verwendung der PIV-Daten Rijkl uuu' u' uvu' u' uwu' u' = vvu' u' wvu' u' wwu' u' uuu' uvu' uwu' vvu' wvu' wwu' uuu' uvu' uwu' vvu' wvu' wwu' uu uv uw vv wv ww uu uv uw vv wv ww uu uv uw vv wv ww 6

7 Das verwendete PIV System 4 Particle Image Velocimetry PIV Partikel ( µm) Aluminum, Glaskugeln, Olivenöl oder DEHS Durch Laserlichtschnitt beleuchtet Mit CCD-Sensoren wird das an der Partikeln reflektierte Streulicht zu verschiedenen Zeiten (t und t ) aufgenommen PIV ist eine berührungslose Messmethode im Gegensatz zu Hitzdrahtsonden und Druckrohren PIV erlaubt es momentane Geschwindigkeiten eines ganzen Feldes aufzunehmen 7

8 Das verwendete PIV System 4 Mehrebenen-Stereo-PIV 1 Düse 2 Lichtschnittoptik 3 Nd:YAG Laser λ = 532 nm 4 PCO SensiCam 1280x1024 px 8

9 Das verwendete PIV System 8 µs 9

10 Verwendung der PIV-Daten 4 Raum-Zeit-Korrelationen u u 2D-Korrelationen 10

11 PIV-Messungen im akustischen Quellgebiet 4 Animation Bildgröße 10 D x 5 D 11

12 Zusammenfassung / Ziel 4 Machbarkeitsstudie ob mit diesen Messmöglichkeiten ein Zusammenhang zwischen Quellgebiet und abgestrahlten Schallabstrahlung bestimmt werden kann 4 Bei Erfolg auch anwendbar auf technisch und physikalisch interessantere Strömungen Klappen- / Kanten- Umströmung Gebäudeaerodynamik Fahrzeugaerodynamik 12