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FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik

FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik. Professor Dr.-Ing. Frank Kameier. Aeroakustik und Strukturschwingungen. • Eigenschwingungen • Campbell-Diagramm • Periodische Strömungsanregungen • Kavitäten • Beispiele: - Kármánsche Wirbelstrasse

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Presentation Transcript

  1. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Professor Dr.-Ing. Frank Kameier Aeroakustik und Strukturschwingungen • Eigenschwingungen • Campbell-Diagramm • Periodische Strömungsanregungen • Kavitäten • Beispiele: - Kármánsche Wirbelstrasse - Kavitäten - akustische Resonanzen - rotierende Instabilitäten Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  2. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Visualisierung von Strukturschwingungen Pendel Geräuschquelle (Sinus-Generator) Lautsprecher Glas Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  3. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Strömungsablösung als Quelle von Strukturschwingungen Ablöse- gebiet Ablösepunkt Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  4. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik „Aerodynamischer“ Sinus-Generator Anströmung Zylinder Kármánsche Wirbelstraße Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  5. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Reynoldszahl  dimensionslose Anströmgeschwindigkeit (sofern Geometrie und Medium nicht variiert werden) Strouhalzahl  dimensionslose Frequenz (sofern Geometrie nicht variiert wird) Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  6. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Zylinderumströmung Quelle: R.Feynman, Lectures on Physics, 1974 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  7. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Variation der Frequenz Quelle: Stüber,B., Untersuchung aerodynamisch erzeugter Schallfelder mit Hilfe der Modellmethode, Dissertation, TU München 1968. Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  8. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Tacoma-Bridge (1940) Kármánsche Wirbelstraße verursacht Strukturschwingung Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  9. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Anordnung von Zylindern und Kármánschen Wirbelstraßen Blevins: Flow-Induced Vibration, 1990 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  10. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Ferrybridge (GB) Kühltürme (1965) Kármánsche Wirbelstraße verursacht Strukturschwingung Quelle: Krause, Zum 100. Geburtstag des Luft- und Raumfahrtpioniers Theodore von Kármán, Aachen, 1981. Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  11. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Behinderung der Wirbelbildung Quelle: Blevins, Flow-Induced Vibration, 1990 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  12. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Behinderung der Wirbelbildung an der Blattspitze: Winglet gegen das Überströmen der Blattspitze. am Turm: Spirale gegen die Bildung von Kármánschen Wirbelstrassen Quelle: Mechanical Engineering, Vol.121, No.12, Dec 1999 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  13. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Wirbelgeneratoren zur Unterdrückung tonaler Anregungen z.B. am PKW Außenspiegel VW T5 2005 BMW versch. Modelle seit ca. 1995 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  14. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Seiferth-Flügel an einer Windkanaldüse Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  15. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Turbulatoren zur Erzeugung von Breitbandfluktuationen Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  16. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Eigenschwingungsformen mechanischer Strukturen Quelle: Cumpsty, Compressor Aerodynamics, 1989 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  17. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Eigenschwingungsformen mechanischer Strukturen Biege-Mode Torsions-Mode Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  18. Drehzahlordnungen 4. f[Hz] 1. Torsions-Mode 3. 2. 1. Biege-Mode 1. n[U/min] FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Campbell-Diagramm n[U/min] f[Hz] p[Pa] Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  19. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Schwingungen der Schaufeln eines Flugtriebwerkverdichters vgl. Clarke, Ziegenhagen, Kameier, EuroNoise 1998 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  20. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Schwingungen einer ebenen Platte im Nachlauf eines Zylinders aus: Sophia Schönwald, Untersuchung strömungsinduzierter Schwingungen, Bachelor-Thesis, FH Düsseldorf 2006 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  21. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Schwingungsanregung jenseits der Eigenfrequenzen Geräusch Schwingung Strömungsgeschwindigkeit in m/s Strömungsgeschwindigkeit in m/s aus: Sophia Schönwald, Untersuchung strömungsinduzierter Schwingungen, Bachelor-Thesis, FH Düsseldorf 2006 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  22. cAnström. cAnström. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Helmholtz-Resonator tiefe Frequenz hohe Frequenz Lips, Strömungsakustik(1997) Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  23. D0 Gleichgewicht - L D FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Herleitung der Eigenfrequenz eines Helmholtz-Resonators Isentropengleichung Schallgeschwindigkeit mit  als Auslenkung der "Masse" Federkraft Federkonstante Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  24. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Herleitung der Eigenfrequenz eines Helmholtz-Resonators schwingende Luftmasse Im Resonatorhals schwingt eine größere Luftmasse als nur die im Hals befindliche! oder Quelle: Lucas et al., Turbomachinery Cavities, 1997 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  25. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Wirbelbildung in Scherströmungen (mit akustischer Anregung) Quelle: M.Schober, http://obiwan.pi.tu-berlin.de/M.Schober/wjallcases/acoustic.mpeg http://elecpress.monash.edu.au/ijfd/1999_vol3/paper1/a_visualisation_study.html Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  26. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Erzeugung von Hohlraumresonanzen  Resonanz Laufzeit (halbe Wellenlänge)  Anti-Resonanz Laufzeit  (ganze Wellenlänge) Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  27. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Stehende Welle im Rohr Rohrabschluss = starre Wand Resonanz Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  28. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Herleitung der Resonanzbedingung für eine stehende Welle im Rohr Impulserhaltung (Eulersche Bewegungsgleichung) bei harmonischem Ansatz harter Wandabschluss Das Fluid in der Kavität wirkt wie eine mechanische Feder. Quelle: Lucas et al., Turbomachinery Cavities, 1997 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  29. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Überströmung von Kavitäten - Helmholtzresonator Quelle: Lucas et al., Turbomachinery Cavities, 1997 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  30. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Überströmung von Kavitäten - Helmholtzresonator Lucas et al., Turbomachinery Cavities, 1997 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  31. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Akustische Resonanzen p [kPa] f [Hz] t [s] Druckaufnehmer am Bypass des Fans eines Flugtriebwerks Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  32. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Schnitt zu einer bestimmten Zeit Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  33. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Berechnung der Rohrlänge aus dem Abstand zweier benachbarter Resonanzfrequenzen mit der Schallgeschwindigkeit a Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  34. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Spektrum einer Orgelpfeife Quelle: Fletcher, N.H., Rossing, T.D.: The Physics of Musical Instruments,1991. Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  35. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Resonanz im Nachlauf einer ebenen Platte Quelle: Parker, Aeroacoustics, International Journal of Fluid Dynamics, 1997 http://elecpress.monash.edu.au/ijfd/1997_vol1/paper1/Parker.Flow.html Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  36. FH DUniversity of Applied Sciences DüsseldorfFluid Mechanics and Acoustics Tank test Flow rate control with screens inside ambient p+ Shear Flow outside ambient p- Frank Kameier Wolfsburg 09.10.2006

  37. FH DUniversity of Applied Sciences DüsseldorfFluid Mechanics and Acoustics Wall Pressure Fluctuations in the Source Region 1 – Parker resonance 2 - gate sealing (hole and spring) 3 - open cavity 4 - shear layer activity Frank Kameier Wolfsburg 09.10.2006

  38. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Strukturschwingungen am Beispiel von Musikinstrumenten Blockflöte Klarinette Oboe Quelle: Macaulay, Ardley: Macaulay´s Mammut Buch der Technik, Nürnberg 1989. Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  39. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Stehende Wellen in Musikinstrumenten Quelle: Macaulay, Ardley: Macaulay´s Mammut Buch der Technik, Nürnberg 1989. Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  40. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Periodische Strömung in einer Flöte Quelle: Science Times, 12/98 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  41. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Beobachtung von Wanddruckschwankungen in einem Hochdruckverdichter  4 mm Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  42. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Rotierende Instabilitäten und Strukturschwingungen gefährdeter Drehzahlbereich Schaufelschwingung - rotierend - Wanddruckschwankung - raumfest - • BAUMGARTNER, KAMEIER, HOURMOUZIADIS, ISABE Conference, Melbourne, 1995 Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  43. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Rotierende Instabilitäten und Strukturschwingungen Wanddruckschwankung - raumfest - Schaufelschwingung - rotierend - Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

  44. FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik Frank Kameier Aeroakustik, HdT Essen, 11.10.2006

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