Ausgangssituation

Umströmungslärm tritt in zahlreichen technischen Anwendungen, inbesondere bei Luftfahrzeugen oder im Automobilbereich als negative Begleiterscheinung auf, die es aus Lärmschutzgründen oder zur Steigerung des Komforts zu minimieren gilt. Erstrebenswert ist die Lokalisierung und Reduktion relevanter Geräuschquellen bereits während der Designphase eines Produktes, durch den Einsatz schneller und akkurater Simulationsverfahren.

Die Berechnung von Umströmungslärm durch direkte numerische Simulation (DNS) der viskosen, kompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen bleibt aufgrund großer Unterschiede in den Längen- und Energieskalen des hydrodynamischen und akustischen Feldes auf einfache Beispiele beschränkt. Alternativ zur DNS bieten sich daher hybride Methoden an, die durch eine Splittung des Lösungsgebietes diese Disparitäten zu bewältigen versuchen.

Vorgehensweise

Im Rahmen dieses Projektes erfolgt die Berechnung des akustischen Feldes nach dem Splittungsansatz von Shen und Sorensen. Bei diesem 2-Schritt-Verfahren wird zunächst das inkompressible, viskose Strömungsfeld berechnet. Im Anschluss daran werden die akustischen Störgrößen aus der Differenz zwischen den vollständigen Navier-Stokes-Gleichungen und den inkompressiblen Gleichungen ermittelt. Die Lösung des akustischen Gleichungssystems, welches die inkompressible Lösung als Quellterme und in den konvektiven Termen enthält, erfolgt mit Hilfe der Finite-Differenzen-Methode. Das akustische Gitter kann hierbei regelmäßig sein und ein größeres Gebiet umfassen, als für die Strömungsberechnung angenommen.

Ausblick

Ziel des Projektes ist die Erstellung eines allgemeinen Rechenmodells für die Anwendung der EIF-Methode (Expansion about Incompressible Flow) auf zweidimensionale Systeme.