Benchmarking des Star-CCM+ Acoustic Wave Solvers anhand eines generischen HVAC-Ausströmers
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Abstract:
HVAC-Noise spielt in der Automobilindustrie im Zeitalter zunehmend elektrischer Antriebskonzepte eine entscheidende Rolle bei der akustischen Auslegung des Gesamtfahrzeuges, da Klimaanlagengeräusche nicht mehr von der Schallemission des Verbrennungsmotors maskiert werden. Bei der Entwicklung neuer PKW-Ausströmergeometrien soll die strömungsakustische Performance zu einem möglichst frühen Produktentwicklungsstadium abgeschätzt werden können. An der Universität Erlangen-Nürnberg wurde in der Vergangenheit mit Hilfe des hybriden Ansatzes bestehend aus Strömungssimulation mittels STAR-CCM+ und Ausbreitungsrechnung mittels CFS++ eine Methodik entwickelt, um die Akustik der Ausströmer über einen weiten Frequenzbereich hinweg genau berechnen zu können.Star-CCM+ bietet seit einigen Releases einen eingebauten Acoustic Wave Solver an, der auf den Acoustic Perturbation Equations nach Ewert und Schröder basiert. Der Solver berechnet Strömungsmechanik und Akustik simultan auf einem Netz. Die Erstellung eines Akustiknetzes sowie die Interpolation der Quellterme entfallen somit. In der vorliegenden Arbeit wurde der neue Solver mit der bisherigen Berechnungsmethodik anhand eines vereinfachten generischen Ausströmers bezüglich Genauigkeit und Ressourcenbedarf verglichen. Für die berechnete Geometrie liegen zudem umfangreiche Validierungsmessungen am Institut vor. Der grundlegende Verlauf des Schalldruckpegels sowie charakteristische Peaks konnten mit Hilfe des Solvers sehr gut nachgebildet werden. Um im hochfrequenten Bereich, die Pegel in ihrer Amplitude richtig wiederzugeben, ist ein enormer Ressourcenbedarf bezüglich Gittergröße und Berechnungszeit notwendig.