Universit ¨ at Stuttgart INSTITUT F ¨ UR AERODYNAMIK UND GASDYNAMIK DIREKTOR: PROF. DR.-ING. EWALD KRÄMER PROF.DR. CLAUS-DIETER MUNZ Masterarbeit Hybride Aeroakustiksimulation mithilfe der Lighthill-Analogie und St¨ orans¨ atzen (a) Wirbelvisualisierung im Nachlauf eines Kreiszylinders bei ReD = 200 (b) Resultierendes akustisches Feld aus einer direkten Akustiksimu- lation. Aufgabenstellung: Die numerische Aeroakustik gewinnt in industriellen Anwendungen in der Luftfahrt-, Windenergie- sowie der Automobilbranche zunehmend an Bedeutung. In der Aeroakustiksimulation wird grunds¨ atzlich zwischen hybriden und direkten Ans¨ atzen unterschieden. Wegen der stark unterschiedlichen L¨ angen- und Energieska- len von Akustik und Hydrodynamik spricht man von einem Multiskalenproblem. Der hybride Akustikansatz verspricht durch die Auftrennung der beiden physikalischen Felder eine starke Vereinfachung dieser Problema- tik. Im Gegensatz zur direkten Methode ist man nicht zwingend auf eine kompressible Str¨ omumgssimulation angewiesen. Der bekannteste Vertreter der hybriden Ans¨ atze ist die Lighthill-Analogie, die auf eine skala- re Wellengleichung mit Quelltermen f¨ uhrt. Diese akustischen Quellen werden aus der Str¨ omungssimulation gewonnen. Auf der urspr¨ unglichen Lighthill-Analogie aufbauende St¨ orungsans¨ atze f¨ uhren auf modiﬁzierte Quellterme, die die Anwendbarkeit auf das akustische Nahfeld ausweiten. Im Rahmen einer Masterarbeit wird die Lighthill-Analogie in den Discontinuous Galerkin Spectral Element L¨ oser FLEXI implementiert. Danach werden Simulationen f¨ ur einfache Testf¨ alle wie die L¨ armentstehung durch die Karman’sche Wirbestraße an einem Kreiszylinder (Abb.1) durchgef¨ uhrt. Die Ergebnisse der hybriden Methode werden denen der direkten Methode gegen¨ ubergestellt und bewertet. Arbeitspunkte: 1. Einarbeitung in den DGSEM Code und die hybride Aeroakustiksimulation 2. Implementierung der skalaren Wellengleichung sowie der Quellterm-Berechnung in den DGSEM-Code 3. Durchf¨ uhren von Aeroakustiksimulationen an Testf¨ allen, Vergleich der direkten und hybriden Methode Anforderungen: Interesse f¨ ur Numerik und Programmierung, w¨ unschenswert: abgeschlossener CFD-Programmierkurs Ansprechpartner: Prof. Dr. Claus-Dieter Munz ([email protected]), Dipl.-Ing. David Flad (ﬂ[email protected]), Dipl.-Ing. Hannes Frank ([email protected]). Start: ab sofort Prof. Dr. Claus-Dieter Munz

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Universit at Stuttgart

INSTITUT FUR AERODYNAMIKUND GASDYNAMIKDIREKTOR: PROF. DR.-ING. EWALD KRÄMER

PROF.DR. CLAUS-DIETER MUNZ

Masterarbeit

Hybride Aeroakustiksimulation mithilfe der Lighthill-Analogie und Storansatzen

(a) Wirbelvisualisierung im Nachlaufeines Kreiszylinders bei ReD = 200

(b) Resultierendes akustisches Feldaus einer direkten Akustiksimu-lation.

Aufgabenstellung:

Die numerische Aeroakustik gewinnt in industriellen Anwendungen in der Luftfahrt-, Windenergie- sowieder Automobilbranche zunehmend an Bedeutung. In der Aeroakustiksimulation wird grundsatzlich zwischenhybriden und direkten Ansatzen unterschieden. Wegen der stark unterschiedlichen Langen- und Energieska-len von Akustik und Hydrodynamik spricht man von einem Multiskalenproblem. Der hybride Akustikansatzverspricht durch die Auftrennung der beiden physikalischen Felder eine starke Vereinfachung dieser Problema-tik. Im Gegensatz zur direkten Methode ist man nicht zwingend auf eine kompressible Stromumgssimulationangewiesen. Der bekannteste Vertreter der hybriden Ansatze ist die Lighthill-Analogie, die auf eine skala-re Wellengleichung mit Quelltermen fuhrt. Diese akustischen Quellen werden aus der Stromungssimulationgewonnen. Auf der ursprunglichen Lighthill-Analogie aufbauende Storungsansatze fuhren auf modifizierteQuellterme, die die Anwendbarkeit auf das akustische Nahfeld ausweiten.

Im Rahmen einer Masterarbeit wird die Lighthill-Analogie in den Discontinuous Galerkin Spectral ElementLoser FLEXI implementiert. Danach werden Simulationen fur einfache Testfalle wie die Larmentstehung durchdie Karman’sche Wirbestraße an einem Kreiszylinder (Abb.1) durchgefuhrt. Die Ergebnisse der hybridenMethode werden denen der direkten Methode gegenubergestellt und bewertet.

Arbeitspunkte:

1. Einarbeitung in den DGSEM Code und die hybride Aeroakustiksimulation

2. Implementierung der skalaren Wellengleichung sowie der Quellterm-Berechnung in den DGSEM-Code

3. Durchfuhren von Aeroakustiksimulationen an Testfallen, Vergleich der direkten und hybriden Methode

Anforderungen:

Interesse fur Numerik und Programmierung, wunschenswert: abgeschlossener CFD-Programmierkurs

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Claus-Dieter Munz ([email protected]),Dipl.-Ing. David Flad ([email protected]),Dipl.-Ing. Hannes Frank ([email protected]).

Start: ab sofort

Prof. Dr. Claus-Dieter Munz