Kantengeräuschquellen aus wandmodellierter LES mittels Lattice Boltzmann und Hydrodynamisch-Akustischem Splitting-Verfahren

Abstract

Das Hinterkantengeräusch von turbulent umströmten Profilen bestimmt eine signifikante Geräuschquelle von Wind- kraftanlagen und ist von hoher Relevanz für die turbulente Schallentstehung am Hochauftriebssystem von Transport- flugzeugen. Die wandmodellierte Grobstruktursimulation (WM-LES) hat vielversprechende Ergebnisse für die breit- bandige und tonal Schallsimulation an Profilen mit scharfer und stumpfer Hinterkante gezeigt. Dabei wird die Tur- bulenz in der äußeren Grenzschicht aufgelöst und für wandnahe Bereiche z.B. über ein logarithmischen Wandgesetz modelliert, so dass die Auflösungsanforderungen an der Wand signifikant relaxiert werden können und insbesondere die Nutzung von hierarchisch-kartesischen Gittern möglich wird, die z.B. bei mesoskopischen Simulationsverfahren auf der Basis der Lattice Boltzmann Methode, aber auch zunehmend bei klassischen Finite-Volumen Verfahren Verwen- dung finden. Im Detail ergeben sich unterschiedliche Umsetzungen des Wandmodells mittels aufgeprägter Wandschub- spannung bei der Cut-Cell basierten Finite-Volumen Methode sowie als Dirichlet-Bedingung der Geschwindigkeit mit wandnah definierte Wirbelviskosität für die LBM. Voraussetzung für die wandmodellierte Simulation des Hinterkan- tengeräusches ist das Vorliegen einer vollständig entwickelten Turbulenz im relevanten Quellgebiet an der Hinterkante, was durch die Verwendung einer geometrischen Oberflächenrauigkeit nachweislich vorteilhaft beeinflusst werden kann. In dieser Arbeit werden Simulationsergebnisse der LBM mit denen aus Finite-Volumen Methodik bei Verwendung einer geometrischen Oberflächenrauigkeit im Vergleich zur klassischen Modellierung mit Sandrauigkeit für die unter- schiedlichen Simulationsmethoden und Wandmodellumsetzungen gegenübergestellt und diskutiert.