Aerodynamischer Lärm entsteht in der Luft durch innere Wechselwirkung von turbulenten Strömungen oder externen Wechselwirkungen mit festen Strukturen. Die Zunahme
des Verkehrsaufkommens macht den aerodynamischen Lärm zu einem nicht zu vernachlässigenden Faktor, der die Gesundheit des Menschen beeinträchtigt. Folglich hat die Forschung, die sich mit der Reduzierung des aerodynamischen Lärms beschäftigt, in den letzten Jahren mehr Aufmerksamkeit erhalten. Computational Aero-Acoustics (CAA) untersucht die aeroakustischen Phänomene mit Hilfe von computergestützten Simulationen. Im Vergleich zu Experimenten sind die simulationsbasierten Methoden im Allgemeinen günstiger und können mehr Informationen liefern. Da die Computerleistung zunimmt, wird die CAA in Zukunft noch an Bedeutung gewinnen. Es gibt jedoch in diesem Bereich noch viele Herausforderungen. Eine zuverlässige Lösung der aeroakustischen Probleme erfordert eine genaue Lösung der zugrundeliegenden Strömungsprobleme, die nicht durch
Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) Modelle erreicht werden kann. Die Direkte Numerische Simulation (DNS) und die Large Eddy Simulation (LES) sind in absehbarer Zukunft nicht für technische Probleme geeignet, da der Rechenaufwand zu groß ist. Hybride LES/RANS-Modelle kombinieren die Vorteile von LES- und RANS-Modellen und haben sehr vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Ziel dieser Arbeit ist es, das Verständnis der Anwendung von hybriden LES/RANS-Turbulenzmodellen in aeroakustischen Simulationen zu verbessern. Zu diesem Zweck wird zunächst ein neues hybrides LES/RANS-Turbulenzmodell, das Limited Numerical Scales
(LNS) Modell, implementiert. Die Latenzfaktoren, die bestimmen, in welchem Bereich ein RANS-Modell bzw. ein LES-Modell verwendet wird, werden zuerst abgeleitet. Das
ζ − f -basierte LNS-Modell liefert die besten Ergebnisse, da die Anisotropie in der Turbulenzmodellierung berücksichtigt wird. Daher wird das ζ − f -basierte LNS-Modell in den nachfolgenden aeroakustischen Simulationen angewendet. Darüber hinaus wird eine neue Kopplungsstrategie zwischen dem Strömungslöser und dem akustischen Löser
implementiert, die die Anwendung von unterschiedlich großen Rechenbereichen und unterschiedlichen Raumdiskretisierungen für die Strömung und den Schall ermöglicht. Auf diese Weise wird der Rechenaufwand für die akustische Simulation im Vergleich zur bestehenden Kopplungsstrategie wesentlich reduziert. Das LES-Modell löst die großen Wirbel auf und berücksichtigt implizit die kleinskaligen Strukturen, was darauf hinweist, dass ein Teil des hochfrequenten Geräusches nicht reproduziert werden kann. Das hybride LES/RANS-Modell verwendet RANS-Modelle in bestimmten Regionen, um den Rechenaufwand zu reduzieren. Es ist daher zu erwarten, dass der Skalenbereich der hybriden Turbulenzmodelle weiter eingeengt wird. Um das Geräusch, das von den nicht aufgelösten Skalen erzeugt wird, vorherzusagen, wird eine synthetische Methode implementiert, die die nicht aufgelösten Skalen rekonstruieren kann. Die Verifizierung zeigt, dass die hier implementierte synthetische Methode in der Lage ist, kleine Schwankungen zu erzeugen und die spektralen Ergebnisse signifikant zu verbessern. Mit Hilfe eines Zylinder-Testfalls wird gezeigt, dass das hybride LNS-Modell genauere Schallspektren liefert als das RANS-Modell. Die Anwendung des RANS-Modus im LNS-Modell in der Scherschicht und im Nachstrombereich führt zu einer Unterschätzung der Kármánschen Wirbelstraße, was wiederum zu einer geringen Fehlanpassung des Spektrums um die Grundfrequenz führt. Ein Testfall mit dem NACA 0012-Profil wird verwendet, um das LNS-Modell und ein bestehendes Very Large Eddy Simulation (VLES) Modell zu vergleichen. Das VLES-Modell bietet detailliertere Informationen in Bezug auf
akustische Quellen. Auf der anderen Seite verhält sich das LNS-Modell besser bei der Vorhersage der Strömungsablösung. Insgesamt ist das ζ − f -basierte LNS-Modell in der Lage, genaue aeroakustische Ergebnisse mit mäßigem Rechenaufwand zu liefern. | German |