Der Einfluss der Zuströmbedingungen auf das breitbandige Geräusch eines Axialventilators

Abstract

Neben den aerodynamischen Daten ist die Schallleistung eine wichtige Kenngröße von Ventilatoren. Die Berechnung des Schalls unmittelbar aus den Grundgleichungen der Strömungsmechanik („Computational Aeroacoustics“) scheint für den praktischen Einsatz in den nächsten Jahren nicht möglich, obwohl in den vergangenen Jahren methodisch erhebliche Fortschritte erzielt wurden.

In der vorliegenden Arbeit wird die Schallabstrahlung eines Axialventilators unter Verwendung halbempirischer Verfahren aus der Literatur vorherberechnet und mit Messungen verglichen. In diesen Verfahren werden die Geräuschanteile der verschiedenen Quellen getrennt voneinander ermittelt und am Ende - auch spektral - zusammengesetzt. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Untersuchung des Geräuschmechanismus „Interaktion der Ventilatorschaufeln mit der Zuströmturbulenz“, der schon für relativ geringe Turbulenzgrade in der Einlaufströmung einen dominierenden Anteil am Gesamtspektrum des Ventilators hat. Mit Hilfe von Hitzdrahtmessungen werden die charakteristischen Turbulenzparameter unterschiedlicher Zuströmkonfigurationen zum Ventilator ermittelt und als Eingangsgrößen in die Geräuschberechnungsverfahren verwendet. Die prognostizierten spektralen Schallleistungspegel sowie die Gesamtschallleistungspegel stimmen bei allen untersuchten Zuströmkonfigurationen befriedigend mit den Messungen überein.

Beside the aerodynamic performance the sound power is an important parameter of fans. The direct noise calculation based on the governing equations of fluid mechanics (“Computational Aeroacoustics“) seems not to be applicable for industrial use within the next years although recently considerable methodical progress was achieved.

This work is concerned with the prediction of broadband noise from an axial fan by means of semi-empirical noise prediction models taken from literature and the comparison with measurements. In these models different noise generating mechanisms are taken into account and modeled separately. Emphasis is placed on the investigation of the mechanism “inflow turbulence and interaction with the fan blades”, which can become a dominant factor in the broadband noise spectrum of the fan if the incoming flow is disturbed. Characteristic parameters of a range of turbulent flow fields generated by various inflow arrangements are measured with hot wire anemometry and fed into the fan noise prediction models. The predicted broadband spectra as well as the broadband overall sound power levels are in reasonable or even satisfying agreement with the measurements.