Experimental and numerical aeroacoustic investigation of impinging flows at low Mach number

Abstract

This work presents the development of methods for the experimental and numerical investigation of flow-induced noise. Moreover it offers a systematic validation and comparison of various numerical prediction techniques for small Mach number aeroacoustics. The work is motivated from the need to validate all the calculation steps of aeroacoustic simulations beyond pure analytical solutions. This encompasses the fluid dynamics and source calculations up to the propagation of sound for problems of technical interest. The configurations investigated are chosen to ensure geometrical simplicity, given the limitations associated with the numerical calculations of complex geometries, in addition to geometrical relevance with respect to technical problems. The investigation concentrates on the numerical calculations of a low subsonic jet impinging on flat inclined plates with various downstream obstacles. Particular focus is placed on broad band noise contributions.

In dieser Arbeit werden experimentelle und numerische Methoden für die Untersuchung von strömungsinduzierten Geräuschen entwickelt. Darüber hinaus werden unterschiedliche numerische Ansätze für die aeroakustische Vorhersage bei niedrigen Machzahlen systematisch vergliechen und validiert. Die Notwendigkeit dieser Arbeit ergibt sich aus dem Bedarf, neue numerische Verfahren über analytische Lösungen hinaus zu validieren und alle Berechnungsschritte, von der Strömungsmechanik über die Schallquellendefinition bis hin zur Schallausbreitung, zu berücksichtigen. Die Wahl der untersuchten geometrischen Konfigurationen unterliegt folgendem Kompromiss: Zum einen muss die Anordnung wegen der zurzeit existierenden Begrenztheit der numerischen Verfahren einfach aufgebaut sein, zum anderen muss sie ausreichend komplex sein, um die Ergebnisse auf reelle Konfigurationen übertragen zu können. In der vorliegenden Arbeit werden Unterschall-Anströmungen auf schräge Platten ohne oder mit zusätzlichen Hindernissen im Hinblick auf breitbandiges Geräusch untersucht.