Aeroakustische Quelle aus anisotroper Turbulenz mittels synthetisch angeregter Turbulenztransportgleichung
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Abstract:
Eine akkurate, numerische Schallvorhersage von breitbandigem Umströmungsgeräusch technischer Bauteile hängt unter anderem stark von der bereitgestellten aeroakustischen Quelle ab, sprich der Qualität der aufgelösten Turbulenz bzw. deren Zweipunktkorrelation. Die „Fast Random Particle Mesh“ (FRPM) Methode als Teil hybrider CAA-Verfahren ist eine effiziete Methode zur lokalen Modellierung synthetischer, instationärer, dreidimensionaler Turbulenz. Bei Strömungen mittlerer bis hoher Reynoldszahlen bietet die Methode den Vorteil, allein die akustisch relevanten Turbulenzskalen aufzulösen, wohingegen teilskalenauflösende Verfahren jene üblicherweise weit feiner auflösen müssen.Die vom FRPM-Verfahren zeitaufgelöste, synthetische Turbulenz erfüllt gemittelt die Statistik einer zugrunde liegenden Reynolds gemittelten Navier-Stokes Simulation (RANS) und ist in ihrer ursprünglichen Variante isotrop. Allerdings können zusätzlich anisotrope Einpunktstatistiken, die sich aus den Reynolsspannungen ergeben, realisiert werden. Wohingegen anisotrope Zweipunktstatistiken, sprich Längenskalenanisotropie, wie sie in stark beschleunigten Strömungen auftreten, nicht realisiert werden können, da die Bereitstellung der 18 theoretisch benötigten Längenskalen sowie deren Umsetzung zu aufwendig ist.Aus diesem Grund wird das FRPM-Turbulenzmodell um eine Turbulenztransportgleichung erweitert, welche den Einfluss konvektiver Beschleunigungen auf die Turbulenz berücksichtigt, sodass sich Längenskalenanisotropie ausbilden kann. Auch das „Vortexstretching und -tilting“ der Turbulenz wird nachgebildet. Die Anregung der Turbulenztransportgleichung erfolgt konventionell über das FRPM-Verfahren.