Aeroengine fan-noise resolution requirement in computational fluid dynamics

Författare:

  • Jensen Kristoffer
  • Efraimsson Gunilla

Publiceringsdatum: 2002-01-01

Rapportnummer: FOI-R--0330--SE

Sidor: 79

Skriven på: Engelska

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.