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

DGLR Braunschweig, 31. Januar 2003

Gefördert aus Mitteln der Staedtler – Stiftung

und KONWIHR

ÜbersichtVersuchseinrichtungen

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 RaumVolumen: 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:NachhallzeitAbsorptionsgradHallradius

Ziel:Möglichst geringe Nachhallzeit, hohe Absorption und großer Hallradius

AbsorptionsgradAus 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 ArbeitenWindkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests

Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch)TurbulenzgradHomogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung

Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen):

Querangeströmter ZylinderÜberströmter HohlraumTragflächenprofile

Entwicklung eines Mikrofon-ArrayGekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen

Derzeitige experimentelle ArbeitenWindkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests

Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch)TurbulenzgradHomogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung

Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen):

Querangeströmter ZylinderÜberströmter HohlraumTragflächenprofile

Entwicklung eines Mikrofon-ArrayGekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen

Derzeitige experimentelle ArbeitenWindkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests

Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch)TurbulenzgradHomogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung

Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen):

Querangeströmter ZylinderÜberströmter HohlraumTragflächenprofile

Entwicklung eines Mikrofon-ArrayGekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen

Derzeitige experimentelle ArbeitenWindkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests

Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch)TurbulenzgradHomogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung

Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen):

Querangeströmter ZylinderÜberströmter HohlraumTragflächenprofile

Entwicklung eines Mikrofon-ArrayGekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen

Derzeitige experimentelle ArbeitenWindkanaluntersuchungen - Durchführen von Leerlauftests

Freistrahlspektrum (Hintergrundgeräusch)TurbulenzgradHomogene Druck- und Geschwindigkeitsverteilung

Standardisierte Tests (Validierung numerische Berechnungen):

Querangeströmter ZylinderÜberströmter HohlraumTragflächenprofile

Entwicklung eines Mikrofon-ArrayGekoppelte Geschwindigkeits- und Akustikmessungen

Numerische Verfahren (FASTEST & CAPA)Simulation of Turbulent Flows

RANS LES DNS

- filtered N.-S. eqns.

- subgrid scale models

-full N.-S. eqns.

- no models

- Reynolds averagedN.-S. eqns

- statistical turbulencemodels

Eq. models

0

stress models

Full Re

stress models

Algebric Re

Eq. models

2

Eq. models

1

κ-ε modelBaldwin-Lomax

κ-ω modelLow-Re model

CAPA (Coupled Field Simulation)

Pre-Processing

Post-Processing

AnalysisPiezoelectrics

CAPAPre

CAPAPost

MagneticsElectrostatics

Mechanicslinear / nonlinear

Acoustics

Interfaces to StandardFEM/BEM Software

Interfaces to StandardFEM/BEM Software

nonlinear

Infinite Elements

Governing Equations

• Ffowcs-Hawkings formulation• Considers the inclusion of moving surfaces

• Equivalence of the generalized delta function

Modeling Approach

Fluid and acoustic regions

Obst

Fluid domain

Acoustic domain

Coupling FASTEST & CAPA

FASTESTStrömungslöser

LES Modell

Finite-Volumen-Methode

CAPA

Akustiklöser

Time Domain

Finite-Elemente-Methode

MpCCIKopplung

GitterDrückeGeschwindigkeiten

Kopplung im Zeitbereich

Akustische Feldberechnung auch im Schallentstehungsgebiet

Fluid/Solid Kopplung

Nichtlineare Schallausbreitung (Leistungsultraschall)

Example: square cylinder

Description of the modelFluid domain

Example: square cylinder

Description of the modelAcoustic domain

Absorbing boundaries

Example: square cylinder

Fluid-Acoustic boundary correctionLinear damping

Example: square cylinder

Fluid-Acoustic boundary correctio (linear damping)(b)(a)

(1)

(2)With

out d

ampi

ng

With

dam

ping

Example: square cylinder

Preliminary acoustic results

Quadrupole contribution at t=1ms

Dipole and quadrupole contribution at t=1ms

Projekte und weitere Arbeiten

Projektförderungen AeroakustikStaedtler 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