Aeroakustischer Schall eines Axialventilators unter hochturbulenter Zuströmung aus LES-berechneten Quellen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Thomas Carolus
• Subject Area: Hydraulic and Turbo Engines and Piston Engines
• Term: from 2002 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5395951

Bei der heutigen Entwicklung von Ventilatoren ist die Lärmvorhersage und -minderung von wesentlicher Bedeutung. Daher werden zunehmend Kenntnisse und Verfahren benötigt, mit denen bereits in einer frühen Entwicklungsphase der Schallpegel der Maschine vorausberechnet werden kann. Das Forschungsvorhaben soll einen weiterführenden Beitrag zur Quantifizierung der Schallquellen leisten, die für das strömungsinduzierte, breitbandige Geräusch axialer Ventilatoren verantwortlich sind. Schallquellen bei Ventilatoren sind die strömungsinduzierten Wechselkräfte auf den Oberflächen der Maschine, insbesondere auf den Schaufeln. Sie sind die Eingangsgrößen in übliche akustische Berechnungsverfahren. Die strömungsinduzierten Wechselkräfte entstehen durch die Instationarität der Strömung in der Maschine, im Rahmen des Forschungsvorhabens werden sie ausschließlich durch die Turbulenz der zuströmenden Luft erzeugt. Kernziel des Vorhabens ist die rechnerische Bestimmung der aeroakustisch entscheidenden Wechselkräfte in Abhängigkeit der Zuströmturbulenz. Dazu wird das instationäre Stromfeld eines typischem Niederdruckventilators mit zwei Simulationswerkzeugen unterschiedlichen Approximationsgrades bestimmt. Als Verfahren mit niedrigem Approximationsgrad wird eine numerische Simulation auf Basis der instationären, Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen (URANS) gewählt, mit der zeitabhängige, aber in Phase befindliche Strömungen direkt berechnet werden können. Als Verfahren mit einem höheren Approximationsgrad wird eine Grobstruktur-Simulation, die auch als Large-Eddy-Simulation (LES) bezeichnet wird, durchgeführt. Mit dieser Methode lassen sich zusätzlich alle groben Wirbel in einer Strömung erfassen. Die Ergebnisse beider rechnerischer Verfahren werden mit detaillierten vorhandenen Messungen verglichen und hinsichtlich ihrer Genauigkeit und des erforderlichen Rechen- und Modellieraufwandes bewertet.

• DFG Programme: Research Grants