Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

1 Strömungsakustik – Schall durch Strömungen SET Fachliche Vertiefung Strömungstechnik und Akustik Simon Zovkic.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "1 Strömungsakustik – Schall durch Strömungen SET Fachliche Vertiefung Strömungstechnik und Akustik Simon Zovkic."—  Präsentation transkript:

1 1 Strömungsakustik – Schall durch Strömungen SET Fachliche Vertiefung Strömungstechnik und Akustik Simon Zovkic

2 2 Strömungsakustik – Schall durch Strömungen 1.Einführung Akustik/Strömungsakustik 2.Wellengleichungen 3.Schallquellenmodelle 4.Beispiel umströmter Zylinder 5.Beispiel überströmte Öffnung – Helmholtz-Resonator

3 3 Wichtige akustische Größen Schalldruck = Druckschwankung: Periodische Druckschwankung, die sich in alle Raumrichtungen mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet Schallwellen = Longitudinalwellen: Teilchen schwingen nur parallel zur Ausbreitungsrichtung (in Gasen und Flüssigkeiten) Schallgeschwindigkeit c ist frequenzunabhängig, abhängig von Medium und Temperatur, c Luft(20°c) = 344m/s Schallschnelle v: momentane Schwinggeschwindigkeit eines Teilchens [m/s] Wellenwiderstand = ρc; 6dB-Regel...

4 4 Strömungsakustik Grenzgebiet zwischen Strömungsmechanik und Akustik, beinhaltet: Schall (Schwingungen) durch Strömungen Strömungen durch Schall Wechselwirkungen zwischen Schall und Strömung Schallausbreitung in Strömungen Die akustischen Gleichungen lassen sich aus den Strömungsmechanischen ableiten, umgekehrt jedoch nicht.

5 5 Homogene Wellengleichung (lineare Akustik) Gesucht ist eine Gleichung für den Druck Kontinuitätsgleichung Eulergleichung 1. Linearisierung: Euler Druck-Dichte Beziehung 2. Rechenoperation: 0

6 6 Wellengleichungen Homogene Wellengleichung für den Schalldruck (eindimensional): Beschreibt die Ausbreitung kleiner Druckschwankungen, in einem ruhenden (akustischen) Fluid. Lösung: Anwendung der Rechenoperation auf die beiden Gleichungen in allgemeiner Form ergibt die inhomogene Wellengleichung:

7 7 Schallquellenmodell der Lighthill-Analogie Theorie nach M.J. Lighthill für gasförmige Fluide bei Unterschallgeschwindigkeit: Reales Strömungsfeld wird ersetzt durch fiktives akustisches Quellenfeld, das sich in drei Elementstrahler einteilen lässt: Ermöglicht die Berechnung der Schallleistung, die durch unter- schiedliche strömungsmechanische Vorgänge produziert wird.

8 8 Elementstrahler Monopolquelle: auch als Volumenquelle bezeichnet (atmende Kugel) Schallentstehung durch zeitlich veränderlichen Volumenfluss Beispiele: pulsierende Ausströmung: Kolbenmotoren/-pumpen, Schraubenverdichter, Öl- und Gasbrenner, menschliche Stimme zusammenfallende Kavitationsblase: in Rohrleitungen hat den größten strömungsmechanisch- akustischen Umsetzungsgrad, dies wird genutzt für z.B. Sinussirene mit Trichter 50%, Schallreinigung von Kesseln (Typhon) Dipolquelle: Impuls- oder Wechselkraftquelle zeitliche Änderung der Strömungskräfte im Raummittel wird zu keiner Zeit Volumen zugeführt Beispiele: umströmte/durchströmte Körper: Propeller, Kreissäge, Hochgeschwindigkeitszug, Staubsauger, Lüftungskanal, Turbine Quadrupolquelle: freie Wirbelquelle ohne Wechselkräfte Beispiele freie Tubulenz: Freistrahl von Raketen, Druckluftgeräten, Ausströmung aus Ventilen, Armaturen, Druckluftmeissel Weiterer Elementstahler: Überschallknall

9 9 Schallentstehung bei umströmten Körpern (Zylinder) Bei Re < 100 reversible Strömung Ab Re = 100 periodische Wirbelablösungen, Karmansche Wirbelstraße genannt Im Rückströmgebiet hinter dem Körper steigt der Druck an, wodurch sich die Grenzschicht ablöst Dipolquelle mit diskreter Frequenz Bei bekannter Strouhalzahl (St=0,2 gilt in großem Bereich) kann man die Frequenz der Wirbelablösungen ermitteln mit St = f*d/c Ab Re = 10E6 turbulenter Nachlauf am Zylinder, dies erzeugt ein breitbandiges Rauschen

10 10 Umströmter Zylinder - Strouhalzahl Beispiel: 4mm dicke Autoantenne bei v =100km/h (Re = 5787)

11 Theoretische Karmansche Wirbelstraße Theorie trifft zu bei Re = 40 – 150 (stabile Wirbel ohne turbulente Strömung) In Wirklichkeit Zerflattern ab dem 3. oder 4. Wirbelpaar wegen Reibung 11

12 12 Helmholtz-Resonator Anwendungen: - Geräuschquelle bei überströmter Öffnung (Kavität) - Absorber: entzieht dem Schallfeld Energie in bestimmtem Frequenzbereich - Bassrefelx-Gehäuse: erhöht den Wirkungsgrad in bestimmtem Frequenzbereich Wirkprinzip analog zum mechanischen Oszillator: m = Luftmasse im Hals + mitgerissene Luft R = akustischer Wellenwiderstand + Reibung L eff LoLo ΔL o ΔL i m R K

13 13 Versuch Helmholtz-Resonator Bestimmung der Frequenz verschiedener Helmholtz-Resonatoren mit Hilfe von Dasylab und Vergleich mit den theoretischen Werten f gemessen [Hz] f berechent [Hz] rel. Abw.*[%] Flasche 1,5 l ,78 Flasche 1,0 l ,36 Flasche 0,5 l ,37 Hülse ,40 * richtiger Wert = gemessener Wert

14 14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

15 15 Quellenangabe -Lips, Walter: Strömungsakustik in Theorie und Praxis 2. Aufl.. Expert-Verlag Lucas, J: Handbook of the Acoustic Characteristics of Turbomachinery Cavities. American Society of Mechanical Engineers Truckenbrodt, Erich: Fluidmechanik Band 2 4. Aufl. Springer Verlag Kameier, Frank: Skript Strömungsakustik. FH Düsseldorf Költzsch, Peter: Skript Geräuscherzeugung durch Strömungen. TU Dresden http://www.cfx-berlin.de/de/news/2007/img/ _akustik_small.jpghttp://www.cfx-berlin.de/de/news/2007/img/ _akustik_small.jpg


Herunterladen ppt "1 Strömungsakustik – Schall durch Strömungen SET Fachliche Vertiefung Strömungstechnik und Akustik Simon Zovkic."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen