Aerodynamische und akustische Grundbegriffe

Präsentation zum Thema: "Aerodynamische und akustische Grundbegriffe"—  Präsentation transkript:

1 Aerodynamische und akustische Grundbegriffe
FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik Professor Dr.-Ing. Frank Kameier Aerodynamische und akustische Grundbegriffe • einfache Aerodynamik • instationäre und turbulente Strömungen • akustische Grundbegriffe • Reynolds-Gleichung • akustische Wellengleichung Frank Kameier VL Lärmschutz

2 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Instationäre Aerodynamik  zeitliche Schwankungsgrößen Momentanwert=Mittelwert + Schwankungsgröße [ V ] [VDC] [VAC] Frank Kameier VL Lärmschutz

3 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
laminare und turbulente Strömung (Reynoldscher Farbfadenversuch) Quelle: Liggett, Caughey, Fluid Mechanics - An Interactive Text, ASME 1998 Frank Kameier VL Lärmschutz

4 FH D Fachhochschule Düsseldorf Institut für Strömungsmaschinen
laminare und turbulente Strömung (Reynoldscher Farbfadenversuch) Quelle: Liggett, Caughey, Fluid Mechanics - An Interactive Text, ASME 1998 Frank Kameier VL Lärmschutz

5 laminares und turbulentes Rohrströmungsprofil
FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik Reynoldszahl c = charakteristische Geschwindigkeit D= charakteristischer Durchmesser  = kinematische Zähigkeit 2 1.5 1 U~r / 1 7 0.5 U~r 2 -0.5 0.5 laminares und turbulentes Rohrströmungsprofil Frank Kameier VL Lärmschutz

6 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
zeitliche Schwankungsgrößen allgemeine Rechenregeln Frank Kameier VL Lärmschutz

7 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Beispiel: Prandtlsches Staurohr in turbulenter Strömung Frank Kameier VL Lärmschutz

8 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Schalldruck und Schallschnelle Schalldruckpegel (menschliche Hörschwelle bei 1000 Hz) Frank Kameier VL Lärmschutz

9 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Effektivwert Schalldruckpegel Frank Kameier VL Lärmschutz

10 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Schallintensität Energiesatz Energieflußdichtevektor h=spez.Enthalpie Schallgeschwindigkeit für ideale Gase Schallleistung Frank Kameier VL Lärmschutz

11 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Kalkül wird aufwendig für die Berechnung mehrdimensionaler Strömungen mit Abhängigkeit der Geschwindigkeit c von t, x, y Frank Kameier VL Lärmschutz

12 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
lokale und konvektive Beschleunigung - Ableitungen nach der Zeit substantielle Beschleunigung konvektive Beschleunigung lokale Beschleunigung = nicht linear Frank Kameier VL Lärmschutz

13 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
1 2 1 2 lokale Beschleunigung konvektive Beschleunigung nicht linear Frank Kameier VL Lärmschutz

14 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Impulsgleichung inkompressible Strömung Zähigkeit konstant (Navier-Stokes-Gleichung) Beschleunigung Erdbeschleunigung Druck Reibung Frank Kameier VL Lärmschutz

15 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Reynoldsgleichung Impulssatz für inkompressible newtonsche Fluide (Navier-Stokes-Gleichung) Mittelwerte und Schwankungsgrößen Frank Kameier VL Lärmschutz

16 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Reynoldsgleichung zeitliche Mittelung der Gleichung Konti-Gl. und Produktregel rückwärts „turbulente“ Zähigkeit  Turbulenzmodelle etc. nicht lineare partielle Differentialgleichung mit Orts- und Zeitabhängigkeit Frank Kameier VL Lärmschutz

17 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Wirbelschleppen - instationäre und turbulente Strömungen Quellen: WDR, Quarks, 6/1999, M.Schober, Frank Kameier VL Lärmschutz

18 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
akustische Betrachtungsweise Konti-Gleichung (Erdbeschleunigung) 0 0 (reibungsfrei) Impuls-Gleichung Frank Kameier VL Lärmschutz

19 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
akustische Wellengleichung Aus der Thermodynamik folgt, dass dieser Term nur einen Beitrag für anisentrope Strömungen und für Strömungen mit einer sich von der Ruheschallgeschwindigkeit ao unterscheidenden Schallgeschwindigkeit a liefert. Wellengleichung mit 2. Orts- und 2. Zeitableitung  lineare partielle Differentialgleichung Frank Kameier VL Lärmschutz

20 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Lösung der akustischen Wellengleichung 3-dimensionale Wellenausbreitung axial - radial - azimutal Frank Kameier VL Lärmschutz

21 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Zusammenfassung Frank Kameier VL Lärmschutz