Lapátrácsok aeroakusztikai vizsgálata
Lapátrácsok aeroakusztikai vizsgálata
Lendvai Bálint BSc IV. évf.
e-mail: balint.lnd@gmail.com
Konzulens: Dr. Benedek Tamás, Áramlástan Tanszék
e-mail: benedek@ara.bme.hu
Áramlástechnikai forgógépek, ezen belül is axiálventilátorok esetén, a gép által lesugárzott zaj napjainkban kritikus kérdés. Egy ventilátor által lesugárzott zaj számottevő része áramlási eredetű, melynek jelentős hányada a lapátozáshoz köthető zajforrásokból származik. Ezért fontos, hogy a lapátok által kibocsátott zajt már a tervezés során becsülni tudjuk. Amennyiben egy ventilátor-járókereket egy hengerfelülettel „elvágunk és kiterítjük”, akkor egy végtelennek tekinthető szárnyrácsot kapunk, tehát áramlásba helyezett szárnyak zajkeltési mechanizmusainak megértése a ventilátorzaj vizsgálatában kiemelt jelentőséggel bír. A szárnyzaj a szárny közvetlen felszínén létrejövő határrétegben és a szárny nyomában keletkezik. Egyedül álló szárny vagy lapát keltette zaj különböző mechanizmusokhoz köthető. A két fontos zajforrás ezek közül: 1) a kilépő él felett elhaladó turbulens határréteg zaja (kilépő éli zaj), ami egy széles spektrumon sugározza le energiáját; 2) a lamináris határrétegi instabilitások okozta örvényleválások zaja (profilörvényzaj), ami egy jellegzetes frekvenciacsúcsot ad a spektrumnak. Ezeken kívül még megjelenhet a tompa hátsó él okozta örvényleválás zaja, nagy megfúvási szögek (átesés) esetén, a szárny mögött kialakulóleválási buborék zaja és három dimenziós szárnyaknál szárnyvégi örvények zaja.
Egy darab szárny által lesugárzott zajt már többen vizsgálták, a szárnyzajra méréseken és analitikus levezetéseken alapuló félempirikus modelleket alkottak, mellyel a zaj spektruma egyszerűen mérhető mennyiségek alapján becsülhető. A szárnyprofil által képzett hang ezen felül becsülhető többek között numerikus szimulációkkal. Ezek közül viszonylag költséghatékony a hibrid módszerek alkalmazása, ami azt jelenti, hogy a szárny körüli RANS, URANS, LES, stb. megoldóval számolt áramlásból Lighthill akusztikai analógiáját [1] alapul véve felületi- és térfogati integrálokkal meghatározhatóak a hangforrást leíró mono-, di- és quadropólusok. Ezekből a hangforrásokból numerikusan számolható az akusztikai hullámterjedés.
Dolgozatomban a szimmetrikus, mások által már sokat vizsgált NACA-0012 lapátprofilból alkotott 2D lapátrács által lesugárzott zaj esetén vetem össze szimulációt és a félempirikus becslést a profilörvényzajra és a kilépő éli zajra koncentrálva. Az összehasonlítás során a csúcsfrekvenciák egybeesését és a frekvenciamenet jellegét fogom vizsgálni, az abszolút hangnyomásszintek összevetését elhagyom. A szimulációkat fél-, egy-, másfél- és végtelen húrhossznyi lapátosztásra végeztem el. A Reynolds-számot 5∙〖10〗^4 és 2∙〖10〗^5, a megfúvási szöget 0 és 5.4 fok között változtattam. Ezekkel a kis szögekkel és a két dimenziós szimulációval érhető el, hogy az akusztikai vizsgálat során csak a turbulens határréteg és a lamináris határréteg miatt létrejövő örvényleválás zaját elemezzük.
Irodalom:
[1] M. J. Lighthill. "On Sound Generated Aerodynamically". Proc. Roy. Soc. London. A211564–587. 1952.
szerző
-
Lendvai Bálint
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Benedek Tamás
adjunktus, Áramlástan Tanszék