Fluid-Struktur-Akustik Interaktion von eingehausten Radialventilatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Becker
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Akustik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468338100

Inhalt des Forschungsprojektes bildet die Akustik eines Radialventilators, der in einem Spiralgehäuse betrieben wird. Radialventilatoren besitzen einen hohen Anwendungsbereich in vielfältigsten Anwendungen der Fluidtechnik, in denen die Anforderungen an die Schallabstrahlung ein immer stärker dominierendes Gewicht bekommen. Das Ziel des vorliegenden Antrags liegt in der Erforschung der multiphysikalischen Zusammenhänge strömungsbedingter Schallabstrahlung von Radialventilatoren in Spiralgehäusen durch einen kombinierten experimentellen – simulationstechnischen Ansatz. Wichtig ist hierfür, die beiden Anregungspfade für die Gehäusestruktur separat voneinander zu behandeln: Hierbei handelt es sich um die fluiddynamischen Druckschwankungen sowie das strömungsinduzierte, akustische Druckfeld innerhalb des Gehäuses. Die numerischen Simulationsmethoden werden gegen experimentell gewonnene Daten verifiziert und validiert. Im Anschluss erfolgen mit den entwickelten Verfahren Untersuchungen, welche die Schallentstehung im Ventilatorlaufrad sowie die daraus resultierende Schallabstrahlung über das Spiralgehäuse erklären. Dies geschieht über Variantenstudien. Die Varianten werden dabei durch unterschiedliche Zuströmbedingungen zum Radiallaufrad gebildet, welche die strömungsbedingte Schallentstehung im Laufrad und damit auch die Gehäuseanregung und Schallabstrahlung ins Fernfeld beeinflussen.Die Innovation der Forschungsarbeit liegt darin, dass es erstmalig gelingt, für eingehauste rotierende Systeme ein Simulationsverfahren zu entwickeln, das die gesamte Kette der Fluid-Struktur-Akustik Interaktion abbildet. In einem komplementären Ansatz mit experimentellen Untersuchungen ergeben sich durch eine bewusste Trennung unterschiedlicher Mechanismen in der Schallentstehung und deren komplexen Wechselwirkungen, Erkenntnisse mit einer hohen Allgemeingültigkeit, die bisher in der Literatur für eingehauste Radialventilatoren nicht vorliegen. Die Erkenntnisse ermöglichen Aussagen, welcher Teil der Maschine (Laufradströmung, Gehäusestruktur, etc.) mit welchen Einflussparametern den abgestrahlten Schall verändert. Im Entwicklungsprozess ergibt sich dadurch eine gezielte Behandlung der akustischen Problembereiche. Die grundlagenorientierten Untersuchungen haben eine hohe Allgemeingültigkeit und bilden die Basis zukünftiger Designregeln für geräuschreduzierte Radialventilatoren. Mit dem gekoppelten Simulationsverfahren steht ein Berechnungstool zur Verfügung, das es erlaubt, die strömungsinduzierte Schallentstehung und deren Ausbreitung in Radiallaufrädern im Frequenz- und Zeitbereich zu analysieren. Zukünftige weiterführende Arbeiten liegen im Einsatz von Optimierungsalgorithmen zur Schallreduktion, die neben den Anströmbedingungen zum Laufrad und deren Interaktion zur Blattvorderkante auch die Materialparameter und die Form der Gehäusestruktur berücksichtigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Manfred Kaltenbacher, Ph.D.