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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik Wirbelschleppen - instationäre und turbulente Strömungen Quellen: WDR, Quarks, 6/1999, http://www.quarks.de/fliegen2/00.htm M.Schober, http://obiwan.pi.tu-berlin.de/M.Schober/wjallcases/acoustic.mpeg Frank Kameier VL Lärmschutz

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

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

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

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