Fachgebiet Strömungsbeeinflussung und Aeroakustik, AER, TUM Prof. H.-J. Kaltenbach 24.03.2016 Abschluss- (Bachelor, Master) oder Semesterarbeit Numerische Simulation der Schallabstrahlung von einem Eisenbahntunnel mittels CAA in Verbindung mit einem Randelemente-Verfahren Hintergrund Die bei der Einfahrt in den Tunnel vom Zug durch Verdrängung generierte Druckwelle läuft dem Fahrzeug mit Schallgeschwindigkeit voraus, steilt sich durch nichtlineare Effekte auf und generiert am anderen Portal eine Mikrodruckwelle, die primär als Infraschall in die Umgebung abstrahlt. Die Richtcharakteristik und Amplitude der Abstrahlung im Fernfeld hängt dabei unter anderem von der Portalgeometrie, von der Geometrie der Umgebung, von der Bodenbeschaffenheit und den meteorologischen Bedingungen ab. Aufgabenstellung Ziel ist die numerische Prognose der Fernfeld-Schallabstrahlung auf Basis eines hybriden Verfahrens, das aus 3 Schritten besteht. (1) Die Ausbreitung der Druckwelle im Tunnel und der Austritt aus dem Portal wird mit dem kompressiblen CFD-Löser ANSYS-FLUENT simuliert. (2) Die instationäre CFDLösung wird auf einer permeablen Kontrollfläche an ein Integralverfahren (Curle-Formulierung der Lighthill-Analogie implementiert im SpySi-Code von Prof. S. Becker, Univ. Erlangen) übergeben, mit dem die Ausbreitung in das Fernfeld unter der Annahme einer freien Umgebung (keine reflektierende Flächen außer dem Boden) berechnet wird. (3) Berücksichtigung der Schallstreuung an der Außenwand des Portals und weiteren Flächen mit einem Randelementverfahren. Für die Schritte (1) und (2) sind Löser vorhanden und es wurden umfangreiche Tests an realistischen Tunnelgeometrieen durchgeführt. Neu ist die Kopplung mit einem Randelementeverfahren zur Berücksichtigung der Schallstreuung an CFD-Gebiet Rändern in der Umgebung. Die AufgaBeobachter im Fernfeld benstellung umfasst die Kopplung des Fernfeldlösers SpySi mit einem OpenSource-Code im Frequenzoder Schallwellen Zeitbereich. Zunächst soll an einfachen Streuproblemen (eine oder mehrere Punktquellen über einer Wand) Erfahrung p(x) mit dem BEM-Code gesammelt werden. Dann soll ein Oberflächengitter der Durchlässige FWH-Fläche Tunnel Randbedingung (Übergabe CFD an Tunnelumgebung erzeugt werden, für p(t) = p(x)/c0 Portal Akustik-Integralverfahren) dessen Knotenpunkte mittels SpySi Werte des einfallenden Schallfeldes zu bestimmen sind. Die Lösungen aus FLUENT und die Skripte zur Bedienung von Spysi liegen bereits vor. Anschließend wird der Effekt der Schallstreuung für Beobachterpunkte auf einem Halbkreis im Radius von 50m um das Portal untersucht. Zur Validierung der Simulationskette sollen die Ergebnisse einer fein aufgelösten CFD-Simulation, in der die Akustik vollständig bis zur Beobachterposition erfasst wurde, verwendet werden. Voraussetzung, Betreuer Interesse und Vorkenntnisse in numerischer Strömungssimulation. Selbständiges Arbeiten mit LINUX und MATLAB. Beginn jederzeit möglich. Auskunft und Betreuung durch Prof. Dr. H.-J. Kaltenbach.
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