Strukturierte Porosität zur Lärmminderung von Axialventilatoren
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Abstract:
Der Einsatz von Lüftungsanlagen ist insbesondere in der Zeit der Covid-Pandemie wichtig, um ein gesundes Raumklima in Wohn- und Arbeitsräumen zu schaffen. Die eingesetzten Axialventilatoren in derartigen Anlagen sind jedoch diejenige Systemkomponente mit der höchsten Schallerzeugung. Eine erhöhte turbulente Zuströmung durch den Einsatz von Schutzgittern, Wärmeübertrager oder Luftfilter führt zudem zu einem gestörten Strömungsfeld saugseitig vom Ventilator. Der induzierte Schalldruckpegel wird dadurch im Vergleich zur freien Anströmung deutlich erhöht.Eine Möglichkeit, um den erzeugten Schall im erforderlichen Maße zu reduzieren, ist die Modifikation der Vorderkante der Ventilatorschaufel mit einem strömungsdurchlässigen Material. In der hier vorgestellten Studie wird dazu eine strukturierte Porosität verwendet, die durch ein additives Fertigungsverfahren im Metall-3D-Druck entsteht. Hierbei basiert die strukturierte Porosität auf geometrisch definierten Einheitsgitterzellen. In einem ersten Schritt werden strukturierte Porositäten an der Vorderkante von isolierten Tragflügeln experimentell in einem Windkanal hinsichtlich der aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften untersucht. Aufbauend auf den Tragflügeluntersuchungen werden ausgewählte strukturierte Porositäten in einem zweiten Schritt auf Ventilatorschaufeln übertragen. Die modifizierten Axialventilatoren werden hinsichtlich ihrer Effizienz, der Schallabstrahlung und Axialventilator-spezifischen Effekte in einem Axialventilatorprüfstand untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch eine strukturierte Porosität die Schallemission zwar reduziert werden kann, jedoch diese auch zu einer Verringerung der aerodynamischen Leistung führt.