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Akustische Übertragungseigenschaften von Strömungsbereichen mit Kavitationsblasen (de)
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Abstract:
In hydraulischen Fluidenergiemaschinen treten unter bestimmten Betriebsbedingungen Kavitationsblasen auf, die einen signifikanten Einfluss auf das akustische Übertragungsverhalten der Maschine haben. Die Berechnung dieses Einflusses stellt eine Herausforderung in der Hydroakustik dar. Ziel des Beitrags ist es, diesbezüglich einen neuen Modellansatz zu skizzieren und anhand dreidimensionaler akustischer Simulationen zu validieren.Der Ansatz verfolgt die Idee, eine Kavitationsblase oberhalb eines von Wasser umströmten Profils im ersten Schritt als eine ortsfeste Luftblase abzubilden. Zur Modellierung des Systems (Strömungskanal mit Profil und der Luftblase) wird die 1D-Acoustic Transmission Line (ATL)-Methode verwendet, die eine effiziente Möglichkeit zur 1D-Modellierung des akustischen Übertragungsverhaltens komplexer Systeme im Frequenzbereich bietet. Sie stützt sich auf analytische Lösungen für 1D-Elemente, die durch Reihen- und Parallelschaltungen an Knotenpunkten verbunden werden. Die Modellierung der Luftblasen erfolgt dabei durch die Einbindung einzelner Elemente unter Berücksichtigung spezifischer Eigenschaften. Zudem wird die Fluid-Struktur-Interaktion in der ATL-Methode berücksichtigt, um eine möglichst realistische Abbildung des Übertragungsverhaltens für das System zu erreichen. Zur Validierung des 1D-ATL-Modells werden die Ergebnisse des berechneten akustischen Übertragungsverhaltens mit denen aus akustischen Simulationen mittels der 3D-Finite Elemente Methode (FEM) verglichen. Insgesamt zeigt sich im Frequenzbereich bis 5000 Hz eine sehr gute Übereinstimmung.