Article
Strömungsakustik: Theorie und Benchmarking (de)
* Presenting author
Abstract:
Bei einer Vielzahl technischer Anwendungen, wie z.B. Flugzeugtriebwerken, Lüftungsanlagen oder Wärmepumpen, entsteht durch strömungsakustische Mechanismen Schall. Mit Annahme der klassischen Mechanik werden alle diese Anwendungen mit der Theorie der Erhaltungsgleichungen und der geeigneten Materialmodelle gelöst. Je nach Anwendungsgebiet können weitere Annahmen die strömungsakustische Berechnung vereinfachen. Die systematische Ableitung der Modelle nach physikalischer Genauigkeit und der Berechnungseffizienz lässt die Kategorisierung in eine Hierarchie von Modellen zu. Im einfachsten Fall wird Strömungsakustik über analytische Modelle in Form von Skalenmodellen beschrieben (Klasse 1), wie das Potenzgesetz von Lighthill oder die Methoden der VDI 2081 und VDI 3731 für technische Schallemissionen. Klasse 2 Modelle lassen empirische Faktoren einfließen, die durch Erfahrung in speziellen Situationen eine gute Prädiktion des Schalles erlauben. Die Klasse 3 Modelle bedienen sich einer numerischen Entkopplung von Strömung, Akustik und Struktur. Somit beschreibt diese Art von Modell eine reine Vorwärtskopplung. Abschließend und um die volle Fluid-Struktur-Akustik-Interaktion numerisch aufzulösen, werden die Feldgleichungen gekoppelt gelöst (Klasse 4). Die Klasse 4 Modelle zeichnen sich durch einen sehr hohen Rechenaufwand aus und stellen die Themen aktueller Forschung dar. Die jeweiligen Herausforderungen und Anwendungen werden anhand des EAA-Benchmark Falles FAN-01 (low pressure axial fan in a short duct) erläutert.