Numerical simulation of external and internal flow noise at passenger car components

Dechipre, Hervé

A wide range of numerical methods have been developed in the last years to assess aeroacoustic problems. This work focuses on the possibility of using stochastic reconstruction of acoustic sources to simulate the noise generated by external and internal flows. The simulations are performed with the aeroacoustic code PIANO developed at the DLR Braunschweig. Two typical automotive applications were chosen to assess the capacity of such methods. The first application consists in the computation of the acoustic field generated by the flow in 2D duct containing a flat plate. Two computational aeroacoustic methods have been used. The first method is based on the LEE, a single-test vortex is injected in the mean flow to interact with the geometry. The second method is based on the APE and a stochastic sound source modelling. The frequency and mode representation computed by both methods are in good agreement with the experiment. The second application concerns the broadband noise induced by flow interacting with an automotive rain gutter. Two different profiles of rain gutter have been tested in wind tunnel. Steady and unsteady flow simulations have been computed. Four different computational methods have then been used to predict the flow-induced noise of an automotive rain gutter. The first two methods are based on different wave operators to compute the acoustic field radiated by an unsteady flow field. The first method is the Lighthill's Equation (Actran/LA) while the second method is based on the APE system. The two other methods are the same methods as those used for the first application: the injection of a single test-vortex in the flow and the stochastic sound source modelling (RPM). The first two methods delivered similar results but remained high sensitive to the quality of the acoustic sources computed by CFD. A good agreement was found between the RPM modelling and the experiment.

Zahlreiche numerische Methoden für Aeroakustik wurden in den letzten Jahren entwickelt. Diese Arbeit fokussiert sich auf die Möglichkeit von stochastischen Methoden, um die akustischen Quellen aus gemittelten Strömungsfeldern zu rekonstruieren und das durch Um- und Durchströmung erzeugte Geräusch zu simulieren. Die Simulationen wurden mit der Simulationssoftware PIANO vom DLR Braunschweig durchgeführt. Zwei für die Automobilindustrie typische Anwendungsfälle wurden ausgewählt, um die Möglichkeit der Methode für solche Fälle zu testen. Im ersten Fall wurde das akustische Feld einer ebenen Platte in einem 2D Kanal berechnet. Zwei numerische Methoden wurden dafür benutzt. Die erste Methode basiert auf den LEE Gleichungen: ein Einzel-Testwirbel wird in die mittlere Strömung injiziert, um mit der Geometrie zu interagieren. Die zweite Methode basiert auf den APE. Bei diesem stochastischen Modell, werden die akustischen Quellen aus mittleren Strömungsgrößen rekonstruiert. Die von beiden Methoden berechnete Frequenz und Moden Darstellung der Parker Resonanzen stimmen gut mit den experimentellen Daten überein. Der zweite Anwendungsfall ist der induzierte Breitbandlärm, der bei der Umströmung automobiler Wasserfangleisten entsteht. Zwei unterschiedliche Profile wurden im Windkanal getestet. Dabei werden zuerst stationäre und transiente Simulationen eingesetzt. Im zweiten Teil der Arbeit werden vier unterschiedliche Methoden benutzt, um die strömungsinduzierten Geräusche der Wasserfangleisten zu berechnen. Die erste Methode basiert auf der Lighthill-Gleichung (Actran/LA). Die zweite Methode basiert auf den APE Gleichungen. Die zwei weiteren Methoden sind die Injektion eines Einzel Testwirbels und die RPM Turbulenz Modellierung. Die ersten zwei Methoden liefern ähnliche Ergebnisse, aber zeigen eine hohe Sensitivität zur Qualität der zu Grunde liegenden CFD Simulationen. Sehr gute Übereinstimmung zwischen dem RPM Modell und den Experimenten wurden gefunden.

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Dechipre, Hervé: Numerical simulation of external and internal flow noise at passenger car components. 2011.

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