Akustische und aerodynamische Vermessung einer PKW-Auslassdüse

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1 PKW-Auslassdüse Dipl.-Ing. Carsten Haukap Prof. Dr.-Ing. Frank Kameier Versuchsobjekt Ziel der Untersuchungen Versuchsaufbau an der FH Düsseldorf Messergebnisse Zusammenfassung Kameier / Haukap, 3

2 Akustische Vermessung einer Auslassdüse Bild 1: Am Übergangsflansch montierte Auslassdüse Ziel der Untersuchung ist die Bestimmung der Schalldruckspektren an definierten Fernfeldmikrofonpositionen. Die Ergebnisse der Messungen sollen für einen Vergleich mit numerisch ermittelten Schalldruckspektren herangezogen werden. Bild 2, 3: Reflexionsarmer Raum, schallharte Wand und montierte Auslassdüse. Kameier / Haukap, 3 Folie 2

3 Ziel der Untersuchungen: Vergleich mit SYSNOISE 5.6 Kameier / Haukap, 3 Folie 3

4 Skizze des Reflexionsarmen Raumes schallharte Wand Auslassdüse Messposition Strömungsmessungen 217 α L D refl. armer Abschluss Schalldämpfer Messposition Akustik - Nahfeld Ventilator 44 Länge der Absorberkeile: Grenzfrequenz der Messzelle: ~ 5 mm ~ Hz Kameier / Haukap, 3 Folie 4

5 Prüfstandsaufbau Schalldämpfer reflexionsarmer Abschluss Bild 4 und 5: Ansicht des offenen (links) und mit Dämmmaterial verschlossen (rechts) Türausschnitts der Messzelle. Kameier / Haukap, 3 Folie 5

6 Prüfstandsaufbau Bild 6 und 7: Gesamtansicht der Rohrstrecke bis zur schallharten Wand(links) und der Antriebseinheit mit Ventilator und saugseitigen Messdüse (rechts). Kameier / Haukap, 3 Folie 6

7 Prüfstandsaufbau Bild 8: Gesamtansicht des Prüfstands mit Frequenzumrichter, Rechner für die Volumenstrombestimmung und Messdatenerfassungsrechner. Bild 9: Spiralgehäuse und Laufrad des Radialventilators. Bild : Einlaufdüse zur Bestimmung des Volumenstromes nach DIN EN ISO Kameier / Haukap, 3 Folie 7

8 Messpositionen und Messkonfigurationen Auslassdüse Sondenposition, akustisches Nahfeldmikrofon Fernfeldmikrofon z, (r) E y D A C x d F b z, (r) x B a D Bild 11: Koordinatensysteme und Messorte L 1 Bezeichnung der Messpositionen L 1, L 2 Seitenansicht Draufsicht Rohrflansch mit Teilungsbohrungen, 6 6 Aufnahme für Hitzdraht und akustisches Nahfeldmikrofon Bild 12: Ebenen M 1 und M 2 der Geschwindigkeitsprofilmessungen x z, (r) y M 1 5 M 2 1 Kameier / Haukap, 3 Folie 8

9 Eingesetzte Messtechnik Bild 13: Instrumentiertes Nahfeldmikrofon. Bild 14: Instrumentierte Hitzdrahtsonde. Bild 15: Freifeldmikrofon mit Windschirm. Bild 16: Nasenkonus und Windschirm. Kameier / Haukap, 3 Folie 9

10 Eingesetzte Messtechnik akustische Messungen thermische Sondenmessungen Geräte Geräte Mikrofonverstärker: B&K 269, NEXUS Messbrücke DISA 55M1 (Dantec) ½ Mikrofon: B&K 4165 Hitzdrahsonde: Dantec P11 Mikrofonvorverstärker: B&K 2639 Messworkstation: HP VXI 1497A Mikrofonkalibrator: B&K 4231 A/D Messkarte: HP 1432A Messworkstation: HP VXI 1497A A/D Messkarte: Einstellparameter HP 1432A Einstellparameter Mikrofonempfindlichkeit: 48 mv/pa Samplingrate: 496 Hz Verstärkung NEXUS : x 7.52 Bandbreite: 1.6 khz Kalibrierpegel: 94 db Frequenzauflösung: keine Kalibrierfrequenz: Hz Messzeit: s Bandpass NEXUS : Hz khz Mittelungen (linear): keine Samplingrate: Hz Overlap: % Bandbreite: 12.8 khz Frequenzbewertung: keine Frequenzauflösung: 1Hz Referenzsonde: Staurohr Messzeit: 6s Kalibrierort: Windkanal Mittelungen (linear): 6 Kalibrierpolynom: 4 te Ordnung Fensterkorrekturfaktor ε: 1.5 (Hanning) Overlap: 91% Frequenzbewertung: keine Kameier / Haukap, 3 Folie

11 7 Sound Pressure Ruhepegel Ruhepegel vor und nach den Messungen 6 5 Grenzfrequenz des reflexionsarmen Raumes Nahfeld I Freifeld I - Position A Nahfeld II Freifeld II - Position A Bild 17: Spektrum des Ruhepegels vor und nach den akustischen Messungen. F [Hz] Kameier / Haukap, 3 Folie 11

12 Sound Pressure Freistrahl : 4m³/h Freifeldmikrofon mit Windschirm oder Nasenkonus Sound Pressure Freistrahl : 4m³/h Freifeldmikrofon mit Windschirm oder Nasenkonus Grenzfrequenz des reflexionsarmen Raumes Messungen des Freistrahls Nahfeld Windschirm - Position A Nasenkonus - Position A F [Hz] Nahfeld Windschirm - Position A Nasenkonus - Position A F [Hz] Sound Pressure Freistrahl : m³/h Freifeldmikrofon mit Windschirm oder Nasenkonus Nahfeld Windschirm - Position A Nasenkonus - Position A F [Hz] Sound Pressure Freistrahl : m³/h Freifeldmikrofon mit Windschirm oder Nasenkonus Grenzfrequenz des reflexionsarmen Raumes Nahfeld Windschirm - Position A Nasenkonus - Position A F [Hz] 6 8 Bild 18: Spektrum des Freistrahls für 4 m³/h (links) und m³/h (rechts). Kameier / Haukap, Folie 12

13 Ergebnisse für den Volumenstrom 4 m³/s Freifeld 4 5 Nahfeld Freifeld, Windschirm Freifeld, Nasenkonus Spektren des Freistrahls (oben), der Auslassdüsenkonfiguration / (rechts oben) und der Auslassdüsenkonfiguration 4 / (rechts) für den Volumenstrom 4 m³/h an der Mikrofonposition A. Kameier / Haukap, Lamellen - neutral 4 5 Lamellen - verstellt 4 5 Folie 13

14 Ergebnisse für den Volumenstrom 7 m³/s Freifeld Lamellen - neutral Nahfeld Freifeld, Windschirm Freifeld, Nasenkonus Spektren des Freistrahls (oben), der Auslassdüsenkonfiguration / (rechts oben) und der Auslassdüsenkonfiguration 4 / (rechts) für den Volumenstrom 7 m³/h an der Mikrofonposition A. Kameier / Haukap, Folie 14

15 Ergebnisse für den Volumenstrom m³/s Freifeld Lamellen - neutral Nahfeld Freifeld, Windschirm Freifeld, Nasenkonus Spektren des Freistrahls (oben), der Auslassdüsenkonfiguration / (rechts oben) und der Auslassdüsenkonfiguration 4 / (rechts) für den Volumenstrom m³/h an der Mikrofonposition A. Kameier / Haukap, Folie 15

16 Unsymmetrie bei verstellten Lamellen Lamellen - verstellt, Position B 4 5 Nahfeld Freifeld, Windschirm Spektren der Auslassdüsenkonfiguration 4 / an den Mikrofonpositionen B, E, F für den Volumenstrom m³/h. Kameier / Haukap, Lamellen - verstellt, Position E 4 5 Lamellen - verstellt, Position F 4 5 Folie 16

17 Zusammenfassung In Abhängigkeit des Volumenstromes und der Lamellenposition können tonale Frequenzkomponenten in den Spektren gezeigt werden, die durch die KFZ Auslassdüse erzeugt werden. Die Ergebnisse lassen einen numerischen Vergleich des Schallfeldes in Abhängigkeit des Abstands und der räumlichen Position zu. Die Messdaten lassen sich hinsichtlich der Frequenzbandbreite und Auflösung individuell an die numerischen Randbedingungen anpassen. Geschwindigkeiten und Turbulenzgrad der Zuströmung liegen für einen definierten numerischen Vergleich vor. Grundsätzlich gilt: Deutliche Zunahme des Schalldruckpegels im Frequenzbereich bis Hz. Ausbildung tonaler Frequenzen im Frequenzbereich zwischen 4 Hz. Für die neutrale Lamellenposition ist das Schallfeld erwartungsgemäß symmetrisch. Für die verstellte Lamellenposition ist das Schallfeld bzw. das Abstrahlverhalten der Düse unsymmetrisch. Die Ergebnisse belegen die Notwendigkeit der Entwicklung numerischer Tools zur Beurteilung des akustischen Schallfeldes im Konstruktionsprozess, da die messbare Zunahme des Schalldruckpegels in keinem Verhältnis zu der subjektiven Wahrnehmung steht. Kameier / Haukap, 3 Folie 17