8:40 |
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Lokalisierung und Charakterisierung aeroakustischer Quellen mittels laserbasierter Strömungsmessungen
Alexander Lodermeyer, Stefan Becker, Eman Bagheri, Matthias Tautz, Stefan Kniesburges
[Abstract]
Die Bestimmung aeroakustischer Quellen spielt in technischen, naturwissenschaftlichen und medizinischen Feldern eine wichtige Rolle. In unserer Forschungsarbeit stellen wir eine Messmethodik vor, die auf Basis von gemessenen Strömungsfeldern den resultierenden Schall im Fernfeld bestimmt.
Strömungsfelder, die durch Particle Image Velocimetry (PIV) gemessen wurden, dienen dabei als Ausgangspunkt für eine Quelltermberechnung. Diese werden entweder über einen Geschwindigkeitsansatz oder einen Druckansatz berechnet. Um die Fernfeldgrößen des Schalldrucks zu bestimmen, wird die akustische Wellengleichung auf einem numerischen Netz mit Finiten Elementen, in das die Nahfeld-Größen eingesetzt werden, gelöst.
Dieses Verfahren konnte bereits erfolgreich in der Stimmforschung angewendet werden: wir konnten nachweisen, dass die tonalen Quellen unserer menschlichen Stimme im unmittelbaren Strömungsfeld in und um die Stimmlippen erzeugt werden. Außerdem konnten wir die Breitbandschallanteile entlang des sogenannten glottalen Jets zuordnen.
In weiteren Studien können wir nun die aeroakustischen Quellmechanismen bei Stimmerkrankungen quantifizieren. Dadurch können wir stimmbezogene Pathologien besser verstehen und an optimierten Behandlungsmethoden arbeiten.
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9:00 |
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Sensors for the Measurement of Flow Induced Surface Pressure Fluctuations: Calibration and Detection of Clipping
Farhan Ahmed Manegar, Kathrin Stahl, Thomas Carolus
[Abstract]
Flow induced surface pressure fluctuations are thought to be the elementary sources of sound emitted from bodies subjected to a flow. In many direct
high fidelity computational aeroacoustic simulations, the surface pressure fluctuations are obtained as an intermediate result and serve as an input for
determining the acoustic field. It is therefore of utmost interest to reliably measure these quantities.
The paper presents a study of how to select and calibrate sensors for the measurement of surface pressure fluctuations. Calibration methods are
compiled and compared. A method for detecting clipping due to overload of a sensor is presented. Eventually, in an in-house built experimental setup,
different tests of two types of miniature electret condenser microphones, flush-mounted in the trailing edge region of a wind turbine blade section, are
carried out.
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9:20 |
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Prediction of jet Mach and Reynolds numbers from acoustic measurements
Juan Jose Pena Fernandez, Jörn Sesterhenn
[Abstract]
We study the noise generation mechanisms in a turbulent and compressible jet and how the jet noise is affected by changes in the main parameters. The objectives of this part of the study are to (i) establish a relationship between the parameters of the fluid mechanics with the properties of the acoustics in order to (ii) predict the Mach and the Reynolds numbers of turbulent and compressible jets from acoustic measurements. We compare the jet noise from numerical simulations with laboratory experiments and field work experiments of more than 15 000 volcanic jets at Mount Etna and Stromboli volcanoes. Using correlations from the literature, we confirmed that the peak Strouhal number of the Turbulent Mixing Noise component increases with larger Reynolds numbers. Moreover, we found the relationship between the peak Helmholtz number of the Broadband Shock Noise with the fully expanded Mach number. We applied existing correlations from the literature to own numerical and experimental results and we reproduced the same behavior when changing the Reynolds number and found the effect of the Mach number in the jet noise. This is especially useful when no direct access to the jet flow is possible, as in volcanic flows.
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9:40 |
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Simulation of Transfer Impedance for Perforates Including Background Flow
Mads J. Herring Jensen, Kirill Shaposhnikov, Elin Svensson
[Abstract]
When a bias or grazing background flow is introduced in a perforate, acoustic properties like the transfer impedance will change. Well-known semi-analytical models for the transfer impedance exist, including corrections for the background flow. In this work, we perform a numerical analysis of the end correction including background flow, losses due to turbulence, thermal losses and viscous losses. The problem is modeled using the full set of linearized Navier-Stokes equations formulated in the frequency domain. Applications include extracting the transfer impedance from a detailed sub-model to be used in full system modeling. In muffler systems, for example, the flow effects may only introduce local effects in perforates and a sub-model can therefore be used.
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10:20 |
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Different HVAC application scenarios with microperforated absorbers
Sebastian Floss, Manfred Kaltenbacher
[Abstract]
The usage of Microperforated Absorbers (MPAs) in HVAC-systems
has been increasing within the last decade. MPAs offer distinctive advantages
to the conventional foam and fibrous absorbers like robustness, durability and the possibility to target a chosen
frequency band if a specially tuned multilayered arrangement of MPAs is used.
By modeling the MPA’s absorption characteristics with an effective density and bulk
modulus according to the Johnson-Champoux-Allard (JCA) approach and resolving the entire geometry
within the Finite Element (FE) tool CFS++, we include that the combination of MPA and backing
cavity is not locally reacting. By comparing transmission loss measurements of a simple expansion chamber
with simulation data, we demonstrate that the JCA approach works well for plane waves grazing
across the absorber as well as higher order modes impinging under oblique incident.
Additionally MPAs are applied to a diffusor shaped expansion chamber and as flow conducting structures.
Such an arrangement of MPAs challenges the aforementioned
approach and their application itself, since MPAs usually require a non-moving backing air volume for
the underlying acoustic mechanism to work. By comparing measurements of a generic silencer
set-up with acoustic and flow simulation data, we semi-empirically incorporate flow effects by extending the
JCA model.
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10:40 |
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A Simple Model for Estimation of Sound Absorption of Perforated Liners with Bias Flow
Drasko Masovic, Ennes Sarradj
[Abstract]
Perforated liners are commonly used for noise control in ducts and chambers, such as in mufflers, gas turbine combustors, and nacelles of aircraft engines. The mechanism of sound absorption is based on the resonance effect coupled with dissipation of sound at the openings of a perforated plate. In the presence of mean bias flow through the perforations, the dissipation can be induced by means of the vortices, which are formed at the edge of the openings where the flow separates. The existing analytical models for estimation of acoustic performance of liners are often mathematically elaborate and with limited accuracy or range of validity, due to, for example, neglect of the thickness of the plate or potential interaction between the openings at higher porosities. In this work, we consider a model for liners with low Mach number bias flow, which is based on a simple theory of Helmholtz resonators with mean flow. Apart from its simplicity, the model allows the inclusion of finite thickness of the plate, interaction between the openings, and vena contracta factor. The estimated sound absorption is compared with similar solutions and measurement data from literature.
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11:00 |
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Low-Fidelity Stochastic Approach for Airfoil-Turbulence Interaction Noise
Sparsh Sharma, Ennes Sarradj, Heiko Schmidt
[Abstract]
The noise due to the interaction of turbulent flow with the leading edge an airfoil is the main source of aerodynamic noise.
Turbulence is, by its very nature, stochastic and therefore has a broad frequency spectrum which makes it more difficult to calculate
the effect induced by it. Acoustic radiation from an airfoil subjected to a real flow is one such effect induced by turbulence and
demands high-performance computing for its prediction numerically. The methods which are available now range back from
analytical ones, which are fast but not precise enough to capture nonlinear effects, to the numerical one, which heavily depends on
the computing power. A new approach to model the noise from turbulent flows is presented to bridge the low fidelity and high-
fidelity methods. The pressure fluctuations over the body immersed in the turbulent flow field are calculated using the BEM with
Neumann boundary condition and unsteady Kutta-condition. The unsteadiness in the domain is induced by allowing the free flow of
vortices through it. The pressure signals are then used to calculate the sound radiation using Ffowcs-Williams and Hawkings
analogy. The approach has been validated against analytical solutions of the linearized wave equations and experimental data
available.
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14:00 |
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Experimentelle Untersuchung von strömungsinduziertem Schall an Hörgeräten
Jörg Riedel, Linda Gerstner, Alexander Lodermeyer, Stefan Becker, Florian Krömer
[Abstract]
Patienten mit Hörgeräten werden bei Aktivitäten im Freien, wie beispielsweise Joggen oder Fahrradfahren, häufig mit der Problematik auftretender Windgeräusche konfrontiert. Dabei werden die eigentlich zu detektierenden Schallereignisse von strömungsinduziertem Schall überlagert. Der Signalprozessor der Hörhilfe kann in diesem Fall oft nur unzureichend unterscheiden, ob die an den Mikrofonmembranen auftretenden Druckschwankungen hydrodynamischer oder akustischer Natur sind und verstärkt somit beide Anteile gleichermaßen. Ziel der Arbeit war es, mittels laseroptischer Methoden das Strömungsfeld am Ohr eines Hörgeräteträgers bei Windeinfluss zu untersuchen und aus den erhaltenen Strömungsdaten aeroakustische Schallquellen zu berechnen. Dabei kam ein physisches Modell eines in der Telekommunikationsbranche bei akustischen Messungen verwendeten Kunstkopfes zum Einsatz. Im Windkanal wurde der künstliche Hörgeräteträger unterschiedlichen Anströmbedingungen ausgesetzt und das sich einstellende Strömungsfeld mit Hilfe von Particle Image Velocimetry (PIV) erfasst. Es stellt sich heraus, dass sowohl eine Variation der Windgeschwindigkeit als auch des Anströmwinkels zu einer signifikanten Änderung des resultierenden Strömungsfeldes im Bereich des Hörgerätes führt. Zudem zeigt sich, dass Lokalisation und Stärke der aeroakustischen Quellterme maßgeblich von den Anströmbedingungen beeinflusst werden. Die erhaltenen Ergebnisse dienen dazu, die Gehäuse zukünftiger Hörgerätegenerationen unempfindlicher gegenüber Windgeräuschen zu machen.
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14:20 |
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Methode zur Trennung der akustisch relevanten Moden in komplexen Strömungen durch Filterung der Galbrun-Gleichung
Marcus Mäder, Steffen Marburg
[Abstract]
Im ingenieurtechnischen Bereich der Strömungsakustik haben sich unterschiedliche Methoden entwickelt, um die Schallausbreitung in komplexen Strömungsfeldern zur berechnen. Die damit einhergehenden Modelle sind üblicherweise sehr groß, d.h. der Rechenaufwand für realistische Aufgaben z. B. in der Flug- und Fahrzeugbranche steht trotz der heutigen leistungsfähigen Rechentechnik im unverhältnismäßigen Maß zur Ergebnisgüte. Im Bereich der Strukturdynamik hat sich die modale Zerlegung als nützliches Mittel etabliert, um die Modellgröße bei einem gleichzeitig akzeptablen Genauigkeitsverlust zu reduzieren. Mithilfe der Galbrun-Gleichung kann dies auch auf Probleme in der Strömungsakustik angewandt werden. Allerdings führen mathematische Eigenschaften der Gleichung dazu, dass unerwünschte spektrale Anteile, sogenannte Scheinmoden (Spurious Modes) auftreten, die die Ergebnisse verfälschen.
Die vorliegende Arbeit bietet eine Methode zur Filterung der Galbrun-Gleichung, wodurch die unerwünschten Moden ausgeschlossen werden und die akustisch relevanten Moden erhalten bleiben. Dadurch ist eine Modellreduktion für die anschließende Schallfeldrekonstruktion möglich.
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14:40 |
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Simulation der akustischen Abstrahlung eines angeströmten finiten wandbefestigten Zylinders mit einer Kombination aus hybridem und integralen Ansatz
Patrick Silkeit, Thorben Schröder, Otto von Estorff
[Abstract]
Die numerische Strömungsakustik bietet eine Vielzahl verschiedener Ansätze zur Simulation von strömungsinduziertem Schall. Zwei weit verbreitete Ansätze sind zum einen die hybriden Störungsansätze und zum anderen die Integralmethoden. Erstgenannte ergeben, durch eine Auftrennung der Zustandsgrößen in einen Strömungs- und einen Akustikanteil, ein Differentialgleichungssystem zur Beschreibung der akustischen Wellenausbreitung. Dieses kann mit einem geeigneten numerischen Verfahren auf der Basis einer Strömungssimulation auf einem räumlich und zeitlich diskretisierten Gebiet gelöst werden. Die klassischen Integralmethoden basieren ebenfalls auf den Ergebnissen einer Strömungssimulation, nutzen diese Daten jedoch als Randbedingungen einer Integralgleichung, die es erlaubt, mit Hilfe einer Green’schen Funktion den zeitlichen Verlauf des akustischen Drucks an einem Empfängerpunkt im Fernfeld zu bestimmen. Innerhalb der Integrationsfläche können keine Informationen über die akustische Ausbreitung ermittelt werden. Eine Kombination beider Verfahren ermöglicht daher sowohl eine Simulation der Schallentstehung und -ausbreitung im Nahfeld mit Hilfe des hybriden Störungsansatzes als auch eine effiziente Abstrahlung ins Fernfeld mit Hilfe der Integralmethode.
Diese bisher im Zweidimensionalen erprobte Kombination aus einem diskretisierten Verfahren und einer Integralmethode soll anhand eines dreidimensionalen Falles weiter untersucht werden. Als vereinfachte Abstraktion eines strömungsakustisch relevanten, dreidimensionalen Falles wird die Schallabstrahlung eines angeströmten, endlichen und wandbefestigten Zylinders betrachtet.
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15:00 |
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Schallabstrahlung von überströmten ebenen Ein- und Mehrplattensystemen in Kavitäten
Johannes Osterziel, Florian Krömer, Benedikt Reindler, Philipp Winter, Reinhard Lerch
[Abstract]
Lärm erreicht den Menschen über unterschiedlichste Transferpfade. Um im Fahrzeugbereich eine bessere akustische Abschirmung zu generieren, ist es
von großer Bedeutung die Überströmung von flächigen Strukturen als eine dominierende Lärmquelle näher zu betrachten. Um die gesamte Wirkkette
von der Anregung über die Schallabstrahlung bis hin zur Schalldetektion zu analysieren, wird ein vereinfachtes generisches Modell im aeroakustischen
Windkanal untersucht. Dieses besteht aus überströmten flexiblen Plattenstrukturen unterschiedlicher Dicke, die in einer starren Platte montiert sind.
Durch eine parallele Anreihung zusätzlicher Platten wird ein Mehrplattensystem mit variierender Plattenanzahl, -dicke und -geometrie geschaffen sowie
Maßnahmen zur Dämmung und Dämpfung getroffen. Zunächst werden Strömungsparameter und turbulente Grenzschichtparameter über
Hitzdrahtmessungen bestimmt, um klar definierte Anfangs- und Randbedingungen zu erhalten. Darüber hinaus wird die mechanische Anregung der
schwingenden Platten über Laser-Vibrometrie erfasst. Zur Detektion der Schalltransmission und der Schallabstrahlung flexibler Platten in Kavitäten
schließt sich auf deren nicht-überströmter Seite ein quaderförmiger Raum mit wandbündig montierten Mikrofonen und verstellbarem Volumen an.
Ergebnisse zeigen, dass das abgestrahlte Schallfeld im Inneren der Kavität sowohl von der Plattendicke als auch vom Raumvolumen abhängig ist und
dass Raummoden der Kavitäten und Eigenmoden der Platten korrelieren. Die Messungen sollen als Benchmark-Test für zukünftige Forschung und für
bereits bestehende numerische und analytische Studien fungieren.
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15:20 |
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Ported Shroud Influence on the Aero-Acoustic Properties of Automotive Turbochargers: Quantification by Means of Simulation and Measurement
Nima Fard Afshar, Panagiotis Koutsovasilis
[Abstract]
The emerging technology of downsized combustion engines indicates that the conventional turbocharger virtual prototyping methodology should be
extended. Not only performance, but also the associated noise ought to be better handled. The latter is mostly affected by the turbochargers’ compressor
stage. For instance, widening the operating range, comes at the cost of aero-acoustics problems. The introduction of a ported-shroud prior to the impeller
is a workaround to satisfy both performance and noise prerequisites.
The aim of this paper is to investigate the acoustical behavior of a centrifugal compressor stage with and without ported-shroud. In order to have a better
comparison basis, the study is conducted on two distinct operating points.
The method used is a hybrid Computational Aero Acoustics calculation (CAA) consisting of Unsteady RANS (URANS) and acoustic evaluation. Firstly,
the compressor stage is CFD modelled followed by locating the noise sources on the basis of the acoustic analogies.
The simulation results reveal a clear acoustical dependency on the operating point and the actual ported-shroud function. Compressor map regions and
turbocharger frequency ranges are identified depicting a specific pattern of the ported-shroud’s positive effect, i.e. improving aero-acoustics while
keeping intact the associated performance. The same pattern is confirmed by measurements.
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16:40 |
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Aerodynamische und aeroakustische Untersuchungen an Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln für Haushaltsgeräte
Chris Eisenmenger, Stefan Frank, Hakan Dogan, Martin Ochmann
[Abstract]
Radialventilatoren finden in vielen Bereichen der Industrie sowie der Heizung, Lüftung und Klimatechnik (HVAC) Anwendung. Für den Einsatz in Hausgeräten werden häufig Ventilatoren mit vorwärts-gekrümmten Schaufeln, sogenannte Trommelläufer, genutzt. Ihre Vorteile sind insbesondere die geringen Abmessungen und ein angenehmes, breitbandiges Betriebsgeräusch, was sie für den Einsatz in Privathaushalten attraktiv macht. Ihr größter Nachteil ist der niedrige Wirkungsgrad, welcher hauptsächlich durch Strömungsablösung im Schaufelbereich begründet ist. In dieser Arbeit soll der Einsatz von Ventilatoren mit rückwärts-gekrümmten Schaufeln für die Anwendung in der Hausgerätetechnik untersucht werden. Diese Bauart zeichnet sich durch einen deutlich höheren möglichen Wirkungsgrad aus. Demgegenüber stehen die bauartbedingt höhere Antriebsdrehzahl und ein deutlich tonaler geprägtes Betriebsgeräusch. Ein erster Referenzventilator wurde für einen für Hausgeräte typischen Betriebspunkt ausgelegt und gefertigt. Dieser soll anschließend mittels eines hybriden Computational Fluid Dynamics (CFD) / Computational Aeroacoustic (CAA) Ansatzes numerisch untersucht und optimiert werden. Das akustische Nahfeld wird mit einem kommerziellen CFD Code und skalenauflösenden Turbulenzmodellen hinsichtlich der Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen berechnet. Anschließend kann unter Verwendung der Akustischen Analogien die Schallabstrahlung in das akustische Fernfeld bestimmt werden. Für die Fernfelduntersuchungen wird eine Randelementmethode mit unterscheidlichen Auslass-Randbedingungen verwendet. Die Simulationen werden mit Hilfe des Kanalverfahrens nach DIN 5136 validiert. Hierzu sollen erste Ergebnisse vorgestellt werden.
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17:00 |
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Charakterisierung der akustischen Eigenschaften von Axiallüftern in Rohrleitungen
Benedikt Berchtenbreiter, Stefan Becker
[Abstract]
Bei der Bestimmung der akustischen Eigenschaften von Objekten in Rohrströmungen ist die Berücksichtigung von Moden höherer Ordnung essentiell. Die Modenstruktur, die sich in einem Rohr ausbildet, ist sehr komplex und vom Durchmesser sowie der Frequenz abhängig. Mithilfe des Multi-Port-Verfahrens gelingt es diese Modenstruktur aufzulösen. Hierfür wird der Schalldruck an geeigneten axialen und azimutalen Positionen im Rohr mit wandbündigen Mikrofonen erfasst und mithilfe der analytischen Lösung der homogenen Wellengleichung in die einzelnen Moden zerlegt.
Das Multi-Port-Verfahren wurde erfolgreich zur Charakterisierung der akustischen Eigenschaften verschiedener Axiallüfter angewandt. Das schließt sowohl die Schallemissionen der Lüfter als auch das passive akustische Verhalten ein. Unter den passiven Eigenschaften sind die Transmission und Reflexion von Schall an den Ventilatoren zu verstehen. Der Frequenzbereich wurde so gewählt, dass die ersten beiden Moden in azimutaler sowie die erste in radialer Richtung ausbreitungsfähig sind. Die untersuchten Ventilatoren mit dem Nenndurchmesser 50mm unterschieden sich sowohl in der Geometrie der Schaufeln als auch im Auslegungspunkt. Die Messungen wurden bei verschiedenen Betriebspunkten sowie im Stillstand durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass die passiven Eigenschaften maßgeblich durch die Rotorgeometrie und nicht den Betriebspunkt beeinflusst werden. Die Gültigkeit der Ergebnisse dieser Untersuchungen wird in zukünftigen Forschungsarbeiten an größeren Ventilatoren sowie für weitere Moden überprüft.
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17:20 |
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Aerodynamische und aeroakustische Vermessung eines Axialventilators unter Verwendung statistischer Methoden
Nina Maimuna Balde, Till Biedermann, Frank Kameier, Oliver Paschereit
[Abstract]
Zur Charakterisierung der aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften eines Axialventilators unter hochturbulenten Zuströmbedingungen wird im Regelfall das gesamte arbeitsspezifische Kennfeld mit Messpunkten äquidistanter Schrittweite untersucht. Mit der Frage, inwiefern man mit Hilfe statistischer Methoden einen gleichwertigen Erkenntnisgewinn bei einem deutlich geringeren Versuchsaufwand erhält, wurde ein Axialventilator mit geraden sowie mit aeroakustisch modifizierten Rotorblättern intensiv untersucht. Unter Variation des Drosselzustands, der Drehzahl sowie des Turbulenzgrades der Zuströmung wurden Zielgrößen in Form von der Druckerhöhung, des Volumenstromes, des Wirkungsgrades, des Summenpegels und der Schallreduktion durch die modifizierten Rotorblätter ausgewertet. Die experimentelle Analyse des Axialventilators wurde in einem Rohrprüfstand nach DIN ISO 5136 durchgeführt. Zur statistischen Versuchsplanung wurde das Box-Behnken-Design verwendet, welches eine quadratische Modellbildung durch eine dreistufige Parametervariation erlaubt und trotz geringer Versuchsanzahl durch die Überbestimmtheit der Koeffizienten die Bildung von Regressionsfunktionen erlaubt. Dabei wurden die Versuchsparameter so gewählt, dass sie in weitere Versuchspläne und Datenanalysen mit Modellen erhöhter Komplexität überführbar sind. Der Vergleich des generierten aerodynamischen und aeroakustischen Modells mit einem ebenfalls aufgenommenen vollfaktoriellen Kennfeld erlaubt direkte Rückschlüsse auf die Validität bzw. die Anpassungsgenauigkeit des statistischen Ansatzes.
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17:40 |
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Experimentelle Untersuchung der Schallabstrahlung von Querstromreibungsventilatoren
Andreas Renz, Stefan Becker
[Abstract]
Querstromreibungsventilatoren sind Lüfter, die sich für beengten Einbaulagen und akustisch sensible Einsatzbereiche eignen. Der Aufbau eines solchen Lüfters besteht aus dem Rotor selbst und einen um den Rotor umlaufenden Kanal. Den Rotor bildet dabei ein Paket aus mehreren, in äquidistantem Abstand auf einer angetriebenen Welle montierten, dünnen Kreisscheiben. Die umlaufende Kanalkonstruktion besteht aus zwei parallelen Rechteckkanälen mit einer gemeinsamen Kanalwand, an deren Ende der Rotor konzentrisch in einer Strömungsumlenkung montiert ist und quer zur Hauptströmungsrichtung rotiert. Angesaugtes Fluid trifft tangential auf die rotierenden Scheiben auf, wird durch diese infolge der Grenzschichtreibung mitgeschleppt, um 180∘ umgelenkt und strömt dann tangential in den druckseitigen Kanal ab. Die Besonderheit dieser Anordnung liegt dabei in der nicht axialen Anströmung, welche den Einbau in sehr flache Anwendungen, wie bspw. Laptops, ermöglicht. Weiterhin bietet das Rotorkonzept den Vorteil, dass rotierenden Scheiben kein periodisch umlaufendes Druckfeld erzeugen und dieses somit als akustische Quelle entfällt. Im Rahmen einer experimentellen Untersuchung wurden mehrere Rotor- und Kanalgeometrien hinsichtlich ihrer strömungsmechanischen und akustischen Eigenschaften untersucht. Dabei zeigten die Querstromreibungsventilatoren für Druckaufbau und Volumenstrom Messwerte, die mit klassischen Axialventilatoren vergleichbar sind, bei einem allerdings verringerten Wirkungsgrad. Die Messung der Schallabstrahlung zeigte ein breitbandiges Spektrum ohne tonale Anteile bei einem insgesamt niedrigen Gesamtschalldruckpegel.
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18:00 |
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Vorhersage der Transmission akustischer Moden durch Statorstufen in Turbomaschinen: Weiterentwicklung und Kalibration eines analytischen Modells anhand von Messdaten
Lukas Klähn, Maximilian Behn, Ulf Tapken
[Abstract]
Bei Flugzeugen ist das Triebwerk die dominante Lärmquelle, insbesondere beim Start. Hierbei spielt die Schallausbreitung im Triebwerk eine wichtige Rolle. Durch ein geschicktes Design der Schaufelgeometrien lässt sich der Schalldurchgang durch Rotoren und Statoren reduzieren.
In einer aktuellen Studie wird die Eignung eines existierenden analytischen Modells zur Berechnung der Transmission und Reflexion durch Statorstufen geprüft. In dem zweidimensionalen Modell wird die Statorschaufelreihe als eine unendliche Kaskade aus infinitesimal dünnen Platten dargestellt. Die Randbedingung ist, dass die zu den Platten normale Komponente der Schallschnelle verschwindet. Diese Randbedingung wird durch eine endliche Anzahl von Wirbelquellen entlang der Platten erfüllt. Das Modell wird für kleine Machzahlen instabil und ist im Fall ohne Strömung nicht definiert. Neue Ergebnisse aus experimentellen Untersuchungen werden genutzt um das Modell zu kalibrieren. Mit einem numerischen Minimierungsalgorithmus werden aus den Messdaten Modellparameter so bestimmt, dass die gemessenen Ergebnisse reproduziert werden.
Die Eignung des kalibrierten Modells wird in Gegenüberstellung mit den Messergebnissen diskutiert. Es werden Statorschaufelreihen aus ebenen Platten sowie komplexe Schaufelgeometrien betrachtet.
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