akustische Betrachtungsweise

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1 akustische Betrachtungsweise
Konti-Gleichung (Erdbeschleunigung) 0 0 (reibungsfrei) Impuls-Gleichung

2 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

3 Lösung der akustischen Wellengleichung
3-dimensionale Wellenausbreitung axial - radial - azimutal

4 Költzsch, HdT Aeroakustik 2006

5 Reynoldszahl  dimensionslose Anströmgeschwindigkeit (sofern Geometrie und Medium nicht variiert werden) Strouhalzahl  dimensionslose Frequenz (sofern Geometrie nicht variiert wird)

6 Zylinderumströmung

7 Variation der Frequenz
Quelle: Stüber,B., Untersuchung aerodynamisch erzeugter Schallfelder mit Hilfe der Modellmethode, Dissertation, TU München 1968.

8 Kármánsche Wirbelstraße verursacht Strukturschwingung
Tacoma-Bridge (1940) Kármánsche Wirbelstraße verursacht Strukturschwingung U68 km/h

9 Anordnung von Zylindern und Kármánschen Wirbelstraßen
Blevins: Flow-Induced Vibration, 1990

10 Ferrybridge (GB) Kühltürme (1965)
Kármánsche Wirbelstraße verursacht Strukturschwingung

11 Behinderung der Wirbelbildung
Quelle: Blevins, Flow-Induced Vibration, 1990

12 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik
Behinderung der Wirbelbildung an der Blattspitze: Winglet gegen das Überströmen der Blattspitze. am Turm: Spirale gegen die Bildung von Kármánschen Wirbelstrassen Quelle: Mechanical Engineering, Vol.121, No.12, Dec 1999 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen,

13 Eselsbrücke „Schallleistung“
Akustik Strömungstechnik (Schallintensität) (a=Schallgeschwindigkeit)

14 Zylinder-Platte Konfiguration
Abstandvariation G ca mm (D=2 mm) f [Hz] Lp [dB]

15 Iterationsschritt 2163

16 Iterationsschritt 2163

17 Iterationsschritt 2164

18 Iterationsschritt 2165

19 Iterationsschritt 2166

20 Iterationsschritt 2167

21 Iterationsschritt 2168

22 Iterationsschritt 2169

23 Iterationsschritt 2170

24 Iterationsschritt 2171

25 Iterationsschritt 2172

26 Iterationsschritt 2173

27 moderate Auflösung und „schlechtes“ Netz
strömungsakustische Mode 1,5 Millionen Elemente

28 Zylinder-Platte-Konfiguration und rotierende Instabilitäten

29 Frank Kameier FH Düsseldorf
Michael Winkler FH Köln Strömungsakustische Potenzgesetze

30 - nur Zylinder -

31 Vergleich des Schalldrucks verschiedener Messaufbauten – seitliches Mikrofon

32 - Zylinder / Platte -

33 Zylinder+Turbulenz eher U^8 Freistrahl – eher U^8 Zylinder U^6
Frank Kameier FH Düsseldorf Michael Winkler FH Köln vermutlich Abstand Zylinder / Platte nicht für lautesten Punkt angepasst (aerodynamische Wellenlänge passt nicht) Zylinder+Turbulenz eher U^8 Freistrahl – eher U^8 Zylinder U^6 vermutlich zu leise

34 Strömungsinduzierte Schwingung mit Feed-Back-Loop

35 Vortex Hydro Energy (Michael Bernitsas, www. memagazine
Vortex Hydro Energy (Michael Bernitsas, April 2010)

36 Beispiel WKA -Behinderung der Wirbelbildung
an der Blattspitze: Winglet gegen das Überströmen der Blattspitze. am Turm: Spirale gegen die Bildung von Kármánschen Wirbelstrassen Quelle: Mechanical Engineering, Vol.121, No.12, Dec 1999