Numerical Investigation of Self-Excited Oscillations of a Generic Profile

Kurzfassung

Im Rahmen des BMBF Projektes AKUSIM wurden Schallquell- und Schallausbreitungsmechanismen an generischen Profilen bestehend aus Halbzylinder mit Durchmesser d und Heckkeil der Länge L untersucht. Die akustischen Schwankungsgrößen wurden mittels Störungsgleichungen über einer zeitgemittelten Grundströmung (bestimmt aus RANS Gleichungen) simuliert. Der Hinterkantenwinkel hat einen Einfluss auf die Ausbildung der instationären Wirbelstrukturen. Diesseits und jenseits eines kritischen Hinterkantenwinkelbereich konnten periodische, aber unterschiedliche Wirbelcharakteristiken identifiziert werden, die zu unterschiedlich starken Schallquellmechanismen aufgrund der Wechselwirkung der Wirbelstrukturen mit der Profilhinterkante führen. Die Transition zwischen den beiden tonalen Schallquellmechanismen erfolgt über einen Hinterkantenwinkelbereich, bei dem offensichtlich nichtperiodische Dynamik vorliegt. Die zwei periodischen Wirbelablösungsformen können zwei charakteristischen Grundströmungsfällen zugeordnet werden: Im ersten Grundströmungsfall legt die Strömung aufgrund der langen Profilsehne l/d 3.75 wieder an; im zweiten Fall ist sie voll abgelöst (kurze Profilsehne mit l/d < 3.75). Bei abgelöster Grundströmung werden Wirbel alternierend abgeworfen (von Karmansche Wirbelstrasse). Bei anliegender Strömung wird die Generierung von Störwirbelstärke in der instabilen Grenzschicht durch die Schallabstrahlung von der Hinterkante getriggert, d.h. die Störwirbel der Profilober- und Unterseite sind gleichphasig. Bei einem bestimmten Abstand von Wiederanlegepunkt und Hinterkante wird dieser Rückkopplungsmechanismus ineffektiv. Die simulierten Dipolcharakteristiken der Schallabstrahlung stimmen mit der theoretischen Richtcharakteristik eines akustischen kompakten Profils überein. Der zeitliche Verlauf der Stördruckschwankungen wird sowohl mit experimentellen als auch mit den Vorhersagen des Lattice-Boltzmann Verfahrens von Achilles und Wilde verglichen. Während dieser Untersuchung wurden die numerische Wandrandbedingung sowie numerische Filter zur Unterdrückung hochfrequenter artifizieller Lösungsanteile hinsichtlich des Einflusses auf die aeroakkustische Simulationsgüte des Störungsverfahrens verbessert.