Aeroakustische Untersuchungen am LSTM / LSE der Universität Erlangen I. Ali, M. Escobar, C. Hahn, M. Kaltenbacher, S. Becker Prof. F. Durst, Prof. R. Lerch Lehrstuhl für Strömungsmechanik (LSTM) - Lehrstuhl für Sensorik (LSE) Universität Erlangen Gefördert aus Mitteln der Staedtler Stiftung und KONWIHR DGLR Braunschweig, 31. Januar 2003
Übersicht Versuchseinrichtungen Charakterisierung Akustikraum Akustikkanal Messmethoden Akustische Messungen (Mikrofonarray) Strömungsmessungen (HDA,LDA,PIV) Druckmessungen (Stat. und instat. Messungen) Numerische Verfahren Fastest 3D / CAPA MPCII Kopplung Ergebnisse Weitere Arbeiten
Charakterisierung des Akustikraumes Hallarmer Raum Volumen: 9 m x 6 m x 3.6 m Absorbierende Wände (Dicke 10 cm) Schaumstoffkeile (Höhe 34 cm)
Charakterisierung des Akustikraumes Reflexionsarmer Raum: Herstellen eines freien Schallfeldes Freifeld erst oberhalb einer Grenzfrequenz vorhanden Charakterisierung des hallarmen Raumes mittels: Nachhallzeit Absorptionsgrad Hallradius Ziel: Möglichst geringe Nachhallzeit, hohe Absorption und großer Hallradius
Absorptionsgrad Aus Messung der Nachhallzeit kann Absorptionsgrad bestimmt werden:
Aeroakustischer Windkanal
Entwicklung der freien Querschnittsfläche
Gesamtdarstellung des Windkanals
LSTM/LSE Aeroakustischer Windkanal
Messverfahren Akustikmessungen Mikrofonmessungen Mikrofonarray Strömungsmessverfahren Hitzdrahtanemometrie HDA Laser-Doppler-Anemomentrie (2D/3D) Particle Image Velocimetrie (3D) Druckmessungen (Stat. und instat. Messungen) Schwingungsmessungen Vibrationsmessungen
Derzeitige experimentelle Arbeiten Windkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch) Turbulenzgrad Homogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen): Querangeströmter Zylinder Überströmter Hohlraum Tragflächenprofile Entwicklung eines Mikrofon-Array Gekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen
Derzeitige experimentelle Arbeiten Windkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch) Turbulenzgrad Homogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen): Querangeströmter Zylinder Überströmter Hohlraum Tragflächenprofile Entwicklung eines Mikrofon-Array Gekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen
Derzeitige experimentelle Arbeiten Windkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch) Turbulenzgrad Homogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen): Querangeströmter Zylinder Überströmter Hohlraum Tragflächenprofile Entwicklung eines Mikrofon-Array Gekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen
Derzeitige experimentelle Arbeiten Windkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch) Turbulenzgrad Homogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen): Querangeströmter Zylinder Überströmter Hohlraum Tragflächenprofile Entwicklung eines Mikrofon-Array Gekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen
Derzeitige experimentelle Arbeiten Windkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch) Turbulenzgrad Homogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen): Querangeströmter Zylinder Überströmter Hohlraum Tragflächenprofile Entwicklung eines Mikrofon-Array Gekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen
Numerische Verfahren (FASTEST & CAPA) Simulation of Turbulent Flows RANS LES DNS - Reynolds averaged N.-S. eqns - statistical turbulence models - filtered N.-S. eqns. - subgrid scale models -full N.-S. eqns. - no models 0 1 2 Algebric Re Full Re Eq. models Eq. models Eq. models stress models stress models Baldwin- Lomax κ-ε model κ-ω model Low-Re model
CAPA (Coupled Field Simulation) Pre-Processing Interfaces to Standard FEM/BEM Software CAPAPre Analysis Post-Processing Electrostatics nonlinear Mechanics linear / nonlinear Magnetics Acoustics Infinite Elements Interfaces to Standard FEM/BEM Software Piezoelectrics CAPAPost
Governing Equations Ffowcs-Hawkings formulation Considers the inclusion of moving surfaces Equivalence of the generalized delta function
Modeling Approach Fluid and acoustic regions Acoustic domain Obst Fluid domain
Coupling FASTEST & CAPA Strömungslöser LES Modell FASTEST Finite-Volumen-Methode Kopplung im Zeitbereich Akustische Feldberechnung auch im Schallentstehungsgebiet Fluid/Solid Kopplung Nichtlineare Schallausbreitung (Leistungsultraschall) MpCCI Kopplung Gitter Drücke Geschwindigkeiten CAPA Akustiklöser Time Domain Finite-Elemente-Methode
Example: square cylinder Description of the model Fluid domain
Example: square cylinder Description of the model Acoustic domain Absorbing boundaries
Example: square cylinder Fluid-Acoustic boundary correction Linear damping
Example: square cylinder Fluid-Acoustic boundary correctio (linear damping) (a) (b) (1) (2)Without damping With damping
Example: square cylinder Preliminary acoustic results Quadrupole contribution at t=1ms Dipole and quadrupole contribution at t=1ms
Projekte und weitere Arbeiten Projektförderungen Aeroakustik Staedtler Stiftung, KONWIHR, Streamnoise (BFS) STREAMNOISE Zusammenarbeit Industrie Aerodynamische Lärmerzeugung und ausbreitung in rotierenden Systemen Thermisch getriebener Resonanzlärm in Verbrennungssystemen Akustik bei der Durchströmung von Kanälen