CAA Simulation des Breitbandgeräusches von Axialventilatoren mit variierten Kopfspalthöhen

Kurzfassung

Bei der Entwicklung moderner Ventilatoren spielen günstige akustische Eigenschaften eine wichtige Rolle. Maßnahmen zur Minderung der Schallgenerierung sollen daher bereits in der Designphase berücksichtigt werden können. Neben Prototypenfertigung und experimenteller Messmethoden bietet die numerische Simulation des strömungsinduzierten Schalls eine attraktive Alternative. An einem Axialventilator verursacht der Kopfspalt zwischen Schaufel und Mantelring eine markante Schallquelle, deren Ausprägung stark von den lokalen Strömungsbedingungen abhängt. Diese wiederum ergeben sich aus der Geometrie der Spaltregion. Eine zeitnahe Vorhersage der Einflüsse von Geometrievariationen auf die Schallentstehung und Abstrahlung erfordert eine effiziente Simulationsmethode, welche sowohl die akustischen Schallquellen, wie auch die Schallausbreitung durch stark inhomogene Strömungsfelder abbilden kann. Eine solche Methode bietet der gekoppelte Einsatz des am DLR entwickelten CAA-Löser DISCO++ mit dem stochastischen Quellgenerator Fast Random Particle Mesh Methode (FRPM). Dabei werden die akustischen Störungsgleichungen (APE) auf einem unstrukturierten Tetraedergitter mittels der Discontinuous Galerkin Methode gelöst. Die Quellrekonstruktion erfolgt auf einem kartesischen Hilfsgitter, wobei instationäre Schallquellen auf Basis einer vorhergehenden, stationären Strömungssimulation bereitgestellt werden. Zur Validierung der Vorhersagegüte des Verfahrens wird ein, zu diesem Zweck an der Universität Siegen entwickelter Testfall, simuliert. Dabei handelt es sich um einen fünfblättrigen Axialventilator im Einbauzustand bei zwei unterschiedlichen Kopfspaltweiten. Die Simulationserbnisse werden experimentellen Ergebnissen gegenübergestellt.