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Computational Aeroacoustics

Einsatzgebiete

  • Schaufelkaskaden
  • Rohrleitungen 
  • Triebwerkseinläufe

Beschreibung

Die Computational Aeroacoustics (CAA) umfasst numerische Verfahren zur Berechnung der Schallentstehung und -ausbreitung. Am TFD werden diese Verfahren zur Vorhersage des Schalltransports und der strömungsinduzierten Schallquellen in Turbomaschinen eingesetzt. Auf Basis dieser Erkenntnisse lassen sich lärmmindernde Maßnahmen entwickeln und optimieren.

Für die akustische Simulation wird ein hybrider Ansatz verwendet. Dazu wird zuerst das Strömungsfeld mittels einer stationären oder instationären CFD-Simulation bestimmt. Deren Lösung enthält sowohl die konvektiven Transportinformationen der Grundströmung, als auch die Turbulenzinformationen, aus denen sich anschließend die Schallquellen modellieren lassen. Für die Berechnung des akustischen Feldes dient die Strömungslösung als Eingangsgröße für das CAA-Verfahren. Dabei lässt sich der reine Schalltransport durch die akustische Domäne mit verschiedenen Ansätzen wie z. B. den linearisierten Eulergleichungen (LEE) oder den Akustischen Störungsgleichungen (APE) berechnen.

Eine Abgrenzung von CAA und CFD wird hauptsächlich auf Basis der Längenskalen getroffen. Mit CFD berechnete hydrodynamsiche Störungen bewegen sich konvektiv mit der Strömungsgeschwindigkeit, während sich akustische Störungen mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten.

Softwarepakete

PIANO

Bei PIANO (Perturbation Investigation of Aerodynamic Noise, DLR) handelt es sich um ein Finite-Differenzen basiertes Verfahren, das die Schallerzeugung und den Schalltransport in einer inhomogenen Strömung simuliert. Die Berechnungen erfolgen im Zeitbereich, wobei sowohl tonaler als auch Breitbandlärm berechnet werden können. PIANO wird am TFD unter anderem für die Berechnung des Schalltransports in Schaufelkaskaden und Verdichtereinläufen verwendet.

COMSOL Multiphysics

 COMSOL ist eine Finite-Elemente-Methode (FEM), die für einfache Anwendungsfälle im Zeit- oder Frequenzbereich geeignet ist.

linearTRACE

Bei linearTRACE (Turbomachinery Research Aerodynamic Computational Environment, DLR) handelt es sich um ein Finite-Volumen-Verfahren, das turbomaschinenspezifische akustische Problemstellungen im Frequenzbereich löst.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Sina Witthaus