Anwendung von instationären numerischen Simulationsmethoden zur Berechnung aeroakustischer Schallquellen bei Axialventilatoren:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 7, Strömungstechnik ; 489 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis....................................................................................................................—..V
Nomenklatur ........................................................................................................................—¦¦¦ VII
Lateinische Formelzeichen VII
Griechische Formelzeichen IX
Fußzeichen X
Kopfzeichen XI
Abkürzungen XI
Kurzfassung......... . .. .................................... .....XII
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 1
1.1.1 Schallentstehung bei Ventilatoren 1
1.1.2 Einteilung der verschiedenen Schallberechnungsverfahren S
1.1.3 Überblick über die numerische Berechnung von Schallquellen und des Schallfeldes
7
1.2 Zielsetzung und Abgrenzung der eigenen Arbeit 10
1.3 Aufbau der Arbeit 11
2 Verwendete Methoden .......................................................................................................12
2.1 Strömungssimulation 12
2.1.1 Grundgleichungen 12
2.1.2 Direkte numerische Simulation (DNS) 12
2.1.3 Large Eddy Simulation (LES) 13
2.1.4 Unsteady Reynolds AveragedNavier Stokes Simulation (URANS) 16
2.1.5 Wandfunktion 22
2.1.6 Detached Eddy Simulation (DES) 23
2.1.7 Scale Adaptive Simulation (SAS) 24
2.1.8 Simulationsprogramm Frontflow Blue 26
2.1.9 Simulationsprogramm CFX10 27
2.2 Akustische ModeUe 28
2.2.1 Kanalmodell 28
2.2.2 Akustische Analogie nach FFOWCS WILLIAMS und HAWKINGS 29
3 Beschreibung des Ventilators and des Turbulenzerzeugers, ausgewählte gemessene
Kenngrößen 34
3.1 Geometrie und Betriebsparameter 34
3.1.1 Ventilator 34
3.1.2 Turbulenzerzeuger 36
3.2 Wichtige gemessene Kenngrößen 36
3.1.3 Aerodynamische Kennlinie des Ventilators 36
3.1.4 Druckverlustkennlinie des Turbulenzerzeugers 38
3.1.5 Schallmessergebnisse 39
4 Numerische Gitter, Rand- und Anfangsbedingungen 42
4.1 Turbulenzerzeuger 42
4.1.1 Gitter GT, und Randbedingungen für die URANS, DES und SAS 42
4.1.2 Gitter GT2 und Randbedingungen für die LES 44
4.1.3 Numerischer Aufwand 45
4.2 Laufradgitter 46
4.2.1 Gitter GLi und Randbedingungen für die DES und SAS 46
4.2.2 Gitter GL2 und Randbedingungen für die LES 47
4.2.3 Numerischer Aufwand 50
4.3 Rechengitter für das Gesamtsystem Turbulenzerzeuger/Laufrad GSi und GS2 51
4.4 Initialisierung der Stromfeldberechnung (Anfangsbedingungen) 53
5 Ergebnis: Stromfelder in den Komponenten ¦........».......«.....»«..-...«............«.. •¦»......••»« 54
5.1 Nachlauf des Turbulenzerzeugers 54
5.1.1 Verteilung der zeitlich gemittelten Axialgeschwindigkeit 54
5.1.2 Statistische Auswertung der instationären Geschwindigkeiten 54
5.1.3 Eindimensionale Energiespektren 58
5.1.4 Wirbelstärke 60
5.2 Ventilatorlaufrad bei sauberer Zuströmung 62
5.3 Anmerkungen zu den Ergebnissen 69
6 Ergebnis: Stromfeld im Gesamtsystem (Ventilator mit hochturbulenter Zuströmung).71
6.1 Einfluss der hochturbulenten Zuströmung auf die Schaufelumströmung 71
6.2 Instationäre Druckverteilung auf den Schaufeloberflächen 76
6.2.1 Standardabweichung des statischen Drucks 76
6.2.2 Berechnung von Wechseldruckspektren 79
6.3 Berechnung der Wechselkräfte 81
7 Berechnung der SchaUabstrahlung. .._ . 84
7.1 Schallleistung im Kanal (Kanalmodell von KÖLTZSCH) 84
7.2 Saugseitiges Schallfeld (FFWOCS WILLIAMS and HAWKINGS) 87
8 Diskussion und Ausblick 92
8.1 Allgemeine Erkenntnisse 92
8.2 Vor- und Nachteile der numerischen Verfahren 93
8.2.1 URANS 93
8.2.2 DES 93
8.2.3 SAS 94
8.2.4 LES 94
8.3 Ausblick 95
Anhang 96
A Abschätzung des Diskretiserungsfehlers und Validierung 96
A.1 Turbulenzerzeuger CFX-Gitter 97
A.2 Turbulenzerzeuger Frontflow Blue 98
A.3 Laufradgitter CFX 100
A.4 Laufradgitter: Frontflow Blue 101
B Leistungsdichte-Spektren der Oberflächenwechseldrücke 103
Literaturverzeichnis 107
|
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis.—.V
Nomenklatur .—¦¦¦ VII
Lateinische Formelzeichen VII
Griechische Formelzeichen IX
Fußzeichen X
Kopfzeichen XI
Abkürzungen XI
Kurzfassung. . . . .XII
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 1
1.1.1 Schallentstehung bei Ventilatoren 1
1.1.2 Einteilung der verschiedenen Schallberechnungsverfahren S
1.1.3 Überblick über die numerische Berechnung von Schallquellen und des Schallfeldes
7
1.2 Zielsetzung und Abgrenzung der eigenen Arbeit 10
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2 Verwendete Methoden .12
2.1 Strömungssimulation 12
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2.1.2 Direkte numerische Simulation (DNS) 12
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2.1.6 Detached Eddy Simulation (DES) 23
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2.2 Akustische ModeUe 28
2.2.1 Kanalmodell 28
2.2.2 Akustische Analogie nach FFOWCS WILLIAMS und HAWKINGS 29
3 Beschreibung des Ventilators and des Turbulenzerzeugers, ausgewählte gemessene
Kenngrößen 34
3.1 Geometrie und Betriebsparameter 34
3.1.1 Ventilator 34
3.1.2 Turbulenzerzeuger 36
3.2 Wichtige gemessene Kenngrößen 36
3.1.3 Aerodynamische Kennlinie des Ventilators 36
3.1.4 Druckverlustkennlinie des Turbulenzerzeugers 38
3.1.5 Schallmessergebnisse 39
4 Numerische Gitter, Rand- und Anfangsbedingungen 42
4.1 Turbulenzerzeuger 42
4.1.1 Gitter GT, und Randbedingungen für die URANS, DES und SAS 42
4.1.2 Gitter GT2 und Randbedingungen für die LES 44
4.1.3 Numerischer Aufwand 45
4.2 Laufradgitter 46
4.2.1 Gitter GLi und Randbedingungen für die DES und SAS 46
4.2.2 Gitter GL2 und Randbedingungen für die LES 47
4.2.3 Numerischer Aufwand 50
4.3 Rechengitter für das Gesamtsystem Turbulenzerzeuger/Laufrad GSi und GS2 51
4.4 Initialisierung der Stromfeldberechnung (Anfangsbedingungen) 53
5 Ergebnis: Stromfelder in den Komponenten ¦.».«.»«.-.«.«. •¦».••»« 54
5.1 Nachlauf des Turbulenzerzeugers 54
5.1.1 Verteilung der zeitlich gemittelten Axialgeschwindigkeit 54
5.1.2 Statistische Auswertung der instationären Geschwindigkeiten 54
5.1.3 Eindimensionale Energiespektren 58
5.1.4 Wirbelstärke 60
5.2 Ventilatorlaufrad bei sauberer Zuströmung 62
5.3 Anmerkungen zu den Ergebnissen 69
6 Ergebnis: Stromfeld im Gesamtsystem (Ventilator mit hochturbulenter Zuströmung).71
6.1 Einfluss der hochturbulenten Zuströmung auf die Schaufelumströmung 71
6.2 Instationäre Druckverteilung auf den Schaufeloberflächen 76
6.2.1 Standardabweichung des statischen Drucks 76
6.2.2 Berechnung von Wechseldruckspektren 79
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7 Berechnung der SchaUabstrahlung. ._ . 84
7.1 Schallleistung im Kanal (Kanalmodell von KÖLTZSCH) 84
7.2 Saugseitiges Schallfeld (FFWOCS WILLIAMS and HAWKINGS) 87
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Anhang 96
A Abschätzung des Diskretiserungsfehlers und Validierung 96
A.1 Turbulenzerzeuger CFX-Gitter 97
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A.3 Laufradgitter CFX 100
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B Leistungsdichte-Spektren der Oberflächenwechseldrücke 103
Literaturverzeichnis 107 |
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| spelling | Reese, Hauke Verfasser aut Anwendung von instationären numerischen Simulationsmethoden zur Berechnung aeroakustischer Schallquellen bei Axialventilatoren Hauke Reese Schallberechnung bei Axialventilatoren Als Ms. gedr. Düsseldorf VDI-Verl. 2007 XII, 116 S. Ill., graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Fortschritt-Berichte VDI : Reihe 7, Strömungstechnik 489 Zugl.: Siegen, Univ., Diss., 2007 Berechnung (DE-588)4120997-7 gnd rswk-swf Axialventilator (DE-588)4205790-5 gnd rswk-swf Schallabstrahlung (DE-588)4052019-5 gnd rswk-swf Numerische Strömungssimulation (DE-588)4690080-9 gnd rswk-swf Strömungsakustik (DE-588)4116645-0 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Axialventilator (DE-588)4205790-5 s Strömungsakustik (DE-588)4116645-0 s Schallabstrahlung (DE-588)4052019-5 s Berechnung (DE-588)4120997-7 s Numerische Strömungssimulation (DE-588)4690080-9 s DE-604 Fortschritt-Berichte VDI Reihe 7, Strömungstechnik ; 489 (DE-604)BV001897069 489 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=015715122&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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