FORLÄRM

FORSCHUNGSVERBUND ZUR LäRMMINDERUNG VON TECHNISCHEN ANLAGEN

3 Aeroakustische Schallentstehung in Ventilatoren und deren Schallabstrahlung

Arbeitsfeld:

Der Einsatz von rotierenden Maschinen zur Luftförderung (Ventilatoren und Gebläse) umfasst ein sehr großes Anwendungsspektrum. Mögliche Einsatzgebiete reichen von Tunnellüftungen über Staubsaugergebläse bis bin zu Kühlventilatoren in PCs. Immer wieder kommt es dabei zur Geräuschbelästigung, die unangenehm ist und zum Teil auch schädigenden Einfluss auf das Gehör und die Gesundheit der Menschen hat.

Zur Charakterisierung der Geräuschquellen reicht es nicht aus, nur die Schallabstrahlung nach dem Schallleistungspegel zu bewerten. Ebenso wichtig ist es, für die Schallquellen in den rotierenden Lüftern das spektrale Verhalten der Schallemission zu analysieren und anhand psychoakustischer Gesetzmäßigkeiten zu beurteilen. Im Zuge des Projekts soll daher ein Verfahren entwickelt werden, mit dem Ventilatorgeräusche dem subjektiven Empfinden des menschlichen Gehörs entsprechend eingestuft werden können.

Hierbei erfolgt eine Fokussierung auf Radialgebläse, bei denen (im ersten Schritt) die Schallabstrahlung in die freie Umgebung erfolgt. Im Weiteren liegt der Schwerpunkt der Untersuchungen auf der Schallgenerierung durch die Interaktion von Rotor- und Diffusorströmung sowie durch die Fluid-Struktur-Wechselwirkung mit dem Gehäuse. Dabei geht es um die Erfassung und die physikalisch-mathematische Beschreibung der Schallentstehungsmechanismen und im Weiteren um gezielte Maßnahmen, die zu einer Reduktion des abgestrahlten Lärms führen. Hierbei soll eine psychoakustische Bewertung des abgestrahlten Schalls erfolgen, an der die Vorschläge zur Lärmminderung ausgerichtet werden sollen.

Das Projekt umfasst einen komplementären Ansatz, bestehend aus numerischen und experimentellen Untersuchungen. In den Strömungssimulationen werden verschiedene Turbulenzmodelle hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Effizienz bei der Ermittlung der aeroakustischen Quellterme getestet. Für die Beschreibung der Quellterme und der Schallausbreitung wird neben den bisher für Ventilatoren angewandten Ffowcs-Williams-Hawkings-Verfahren (FW-H) eine Kopplung mit einem selbst entwickelten Finite-Elemente-Code benutzt. Die Herausforderung besteht bei diesem Teilprojekt darin, das in den letzten Jahren entwickelte Finite-Elemente-Verfahren auf rotierende Systeme zu erweitern. Mit dem neuen Verfahren soll es dann möglich sein, alle Quellterme der Turbulenz, der Spaltströmungen bzw. der Schaufelbewegungen, aber auch die Mechanismen der Rotor-Diffusor-Interaktion zu erfassen. Für die Lärmausbreitung in das Fernfeld soll ebenfalls die Schalltransmission durch die Gehäusekomponenten berücksichtigt werden. Als Referenz für die numerischen Simulationen dienen experimentelle Untersuchungen. Diese beinhalten strömungsmechanische Messungen an ausgewählten Referenzpunkten mittels phasenaufgelöster LDA-Messungen, die Bestimmung von Druckfluktuationen und akustische Messungen im Fernfeld der Ventilatoren. Ziel der Untersuchungen ist die Entwicklung einer industriell einsetzbaren Berechnungsmethode, mit der es möglich ist, die aeroakustische Lärmentstehung und Lärmausbreitung in rotierenden Systemen zu berechnen.

Der letzte Teil der Arbeiten umfasst die Anwendung der Methoden auf Prototypen der Industriepartner. Im Vordergrund stehen dabei Turbogebläse radialer Bauart mit nichtprofilierten, einfachgekrümmten Laufschaufeln und unbeschaufelten Radialdiffusoren, deren Geschwindigkeitsbereich bis in den transsonischen Bereich hineinreicht. Mit den Ergebnissen dieses Teilprojektes soll es den Firmen möglich sein, schon im Zuge der Vorentwicklung Aussagen über das akustische Verhalten ihrer Produkte zu treffen.

Projektpartner: