Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Aeroengine fan-noise resolution requirement in computational fluid dynamics.

Aeroengine fan-noise resolution requirement in computational fluid dynamics. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen Ladda ned som PDF
Författare: Jensen Kristoffer, Efraimsson Gunilla
Ort: Stockholm
Sidor: 79
Utgivningsår: 2002
Publiceringsdatum: 2002-01-01
Rapportnummer: (FOI-R--0330--SE)
Nyckelord Aeroakustisk, fläkt-buller, finita volym metoden, icke-reflekterande randvilkor, numerisk disspersion, numerisk dissipation, turbin, vågdelning, aeroacoustic, fan-noise, finite volume method, non-reflecting boundary condition, numerical dispersion, numerical dissipation, turbomachinery, wave splitting
Sammanfattning Jetbuller från flygplan har efter många års forskning blivit reducerad till ett minimum. Dock är det fortfarande problem med att hålla ljudnivåerna låga vid start och inflygning. Grunden till detta är huvudsakligen bullret från fläkten i motorn. Det är således tryckfluktuationerna som genereras i kompressorn eller turbinen som blir de dominerande ljudkällorna. Genereringen av bullret är icke-linjära och komplexa aerodynamiska problem. Med hjälp av CFD-verktyg kan problemet nu bli studerat i detalj, men det finns fortfarande begränsningar eftersom det krävs många punkter per våglängd för att den fysikaliska lösningen inte ska bli förstörd av numeriska fel. De linjära ekvationen som beskriver utbredningen av akustiska vågor i luft löstes analytiskt. Därefter löste vi samma problem, men nu beskrivna av de icke-linjära Navier-Stokes ekvationerna, numeriskt med ett finita volym schema. Den numeriska lösningen jämfördes sedan med den analytiska lösningen för att hitta fel som kan härröra från t.ex. disspertion, dissipation och reflexioner från randvilkoren. Ett optimalt antal punkter per våglängd kunna inte hittas direkt, men för att kunna uppnå goda resultat inom acceptabla beräkningstider, är en uppskattning på omkring 20 - 40 punkter per våglängd tillräckligt för att behålla kvaliteten på vågen. Övriga felkällor som noterades var numerisk disspertion och dissipation, antal tidssteg per tidsperiod, påverkningen av skjuvade nät samt hur felet beror av randvillkoren.
Abstract Jet-noise has eventually been reduced to a minimum, but still there are problems in keeping the overall noise levels low during take-off and approach. The reason for this is basically that fan-noise, i.e. pressure fluctuations generated in the compressor or turbine, becomes dominating. This phenomenon can be recognized as non-linear and complex aerodynamics rather than acoustic problem in nature, and thus it becomes difficult to obtain models that are general and accurate. However, with the aid of CFD, the problem can now be studied in detail, but unfortunately this requires a very large number of points per wavelength to distinguish the wave solution from numerical errors. Applying the well-established linear methods for aeroacoustics in a parallel wall-duct to the fan stage, one can obtain analytical expressions for the dispersion-relation. A sinusoidal acoustic wave with the known dispersion-relation is then propagated thru a 2D numerical fan stage using a time-dependent finite-volume scheme. The numerical solution is then compared with the original wave to identify deviations that could originate from dispersion, dissipation and reflections induced by the numerical boundaries. An optimal number of points per wavelength were not established exactly, but in order to have good results within reasonable computational time a rough estimate of around 20 - 40 points per circumferential wavelength has shown to be sufficient to preserve the wave. In addition, certain physical and numerical phenomena applied to aeroacoustics has been more clarified, that includes; viscous interaction, numerical dispersion and dissipation of the sound waves, dependence of number of time steps per period, influence of different grid skew angles, and the errors induced by improper boundary conditions.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182