Identifizierung der linearen Schallquellen in turbulenten freien Scherströmungen: Nichtmodale Analyse und direkte numerische Simulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Foysi
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Akustik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261830592

Der lineare Prozess der Schallerzeugung durch reine Wirbelstärkestörungen, eingebettet in Mischungsschichten und Freistrahlströmungen, ist Hauptgegenstand der vorgeschlagenen Forschung, die auf einem theoretischen Durchbruch in der hydrodynamischen Stabilitätstheorie von Scherströmungen in den 1990igern basiert ist. Der Durchbruch bezieht sich auf das Verständnis von Phänomenen die durch die Nichtnormalität des Strömungssystems induziert wurden und uns in die Lage versetzen, die Prozesse der linearen Schallerzeugung zu studieren. Unsere Vorabuntersuchungen zeigen, dass die einzigen linearen Mechanismen der Wellenerzeugung durch Wirbelstörungen die Kopplung der Moden ist, hervorgerufen durch die Nichtnormalität des Strömungssystems. Dieser Mechanismus ist bei allen Machzahlen effizient und das Nahfeld des erzeugten Schalls ist mit dem hydrodynamischen Feld vergleichbar: die Energie der linear erzeugten akustischen Wellen in Scherströmungen ist vergleichbar mit der der turbulenten Eddies. Der nichtmodale Ansatz (Kelvin-Mode-Ansatz) ist der hier hauptsächlich verwendete Ansatz und erlaubt es die Grundprozesse der linearen Schallerzeugung durch in die Strömung eingebettete Wirbel zu analysieren. Auch ist bekannt, dass das Schallfeld eine anisotrope Natur im Spektralraum aufweist und die Topologie der linearen Quelltermrepräsentation in Lighthills akustischer Analogie ist im Prinzip nicht mit der der linearen Wellenerzeugung vereinbar. Folglich betrachten wir Scherströmungen um die grundlegende Physik der zugrundeliegenden Phänomene der Schallerzeugung in diesen Strömungen zu verstehen. Das Ziel des Projekts ist die umfassende und quantitative Untersuchung der Effizienz der linearen Phänomene der Schallerzeugung. Die Analyse der relativen Bedeutung linearer und nichtlinearer Prozesse in der Erzeugung und Propagation akustischer Wellen in freien Scherströmungen wir außerdem Fokus dieses Antrags sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Georgien
• Beteiligte Personen: Professor George Chagelishvili, Ph.D.; Dr.-Ing. Georg Khujadze