Detached Eddy Simulation der Strömung und des Schallfelds eines subsonischen Freistrahls bei moderater Reynolds-Zahl

Abstract

Strahllärm hat beim Start eines Flugzeuges einen wesentlichen Anteil am entstehenden Fluglärm. Es ist daher nach wie vor von großem Interesse, die zugrunde liegenden Mechanismen der Schallentstehung zu untersuchen und zu verstehen. Dazu können skalenauflösende numerische Simulationen unter Verwendung von hybriden LES-Verfahren durchgeführt werden. Zu diesen Verfahren zählt die sogenannte Detached Eddy Simulation, bei der das Turbulenzmodell in der Nähe fester Wände im RANS-Modus und im verbleibenden, meist abgelöstem Bereich, im LES-Modus läuft. Die so, im akustischen Nahfeld des Strahls, berechneten Strömungsfelder werden anschließend mit einem Ffowcs-Williams-Hawking Verfahren ins Fernfeld projiziert, um dort die akustischen Druckschwankungen zu bestimmen. Statistische Analysen der Simulationsergebnisse geben darüber hinaus einen Einblick in die Aerodynamik des turbulenten Strahls und tragen somit zum Verständnis der Effekte bei. In der hier behandelten Konfiguration strömt Luft mit einer (aerodynamischen) Mach-Zahl von 0,9 aus einer Düse mit einem Durchmesser von 1 Zoll. Durch ein, an der Innenseite der Wand, befestigtes Zackenband wird die Grenzschicht in der Düse und die daraus entstehende freie Scherschicht des Strahls positiv beeinflusst, was zu einer Lärmreduzierung im Fernfeld führt. Dieser bereits in Experimenten nachgewiesene Effekt soll durch die numerischen Simulationen bestätigt werden.