Numerische Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Spitzengeometrien auf das Strömungsgeräusch eines endlichen Zylinders
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Abstract:
Das Strömungsgeräusch endlicher Zylinder wird von der periodischen Ablösung der Kármán-Wirbel geprägt. Die Frequenz und Amplitude des damit verbunden Hiebtons fallen geringer aus als im zweidimensionalen Fall. Dies lässt sich zurückführen auf die Störung der Kármán-Ablösung durch die von der Spitze verursachten Strömungsphänomene. In der Literatur ist die Annahme vorherrschend, dass dabei vor allem der Abwind hinter der Zylinderspitze und ein am freien Ende gebildetes Wirbelpaar von Bedeutung sind.Um den Einfluss dieser Strukturen zu untersuchen, wird das Problem numerisch simuliert. Dabei werden verschiedene Spitzengeometrien verglichen, die auf eine Manipulation der beiden zu untersuchenden Störphänomene abzielen. Die Simulationen werden in OpenFOAM mit einem Hybridansatz verwirklicht. Dabei werden zunächst mittels Large Eddy Simulation die Strömungsgrößen berechnet, um anschließend das akustische Signal aus der Oberflächendruckverteilung zu bestimmen. Der erwartete Zusammenhang zwischen Störphänomenen und akustischem Spektrum kann in einigen Fällen bestätigt werden. Andere Fälle zeigen jedoch, dass die Betrachtung von Abwind und Spitzenwirbeln allein keine Vorhersage über die Unterdrückung der Kármán-Ablösung erlauben. Dies deutet darauf hin, dass neben der Stärke von Abwind und Spitzenwirbeln auch andere Faktoren Einfluss auf die Kármánschen Wirbelstraße am endlichen Zylinder haben.