Untersuchung von Transmission, Reflexion und Absorption von Schallwellen an unstetigen Querschnittsänderungen in durchströmten Leitungssystemen mittels Grobstruktursimulation und Systemidentifikation.

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Die Beschreibung der Reflexion, Transmission und Absorption von Schallwellen in durchströmten Leitungssystemen, wie z.B. Lüftungskanälen oder Abgasleitungen ist nicht nur eine interessante wissenschaftliche Herausforderung für den Akustiker und Strömungsmechaniker, sondern auch von großer technologischer Relevanz. Im beantragten Vorhaben soll durch den kombinierten Einsatz von Methoden der numerischen Aeroakustik und der System Identifikation die Streuung von Schallwellen an einer plötzlichen Querschnittserweiterung untersucht werden. Die Absorption von akustischer Energie an einer durchströmten Querschnittserweiterung ist wesentlich bestimmt durch die Interaktion von Wirbelstrukturen mit Schallwellen. Um diese Phänomene mit ausreichender Genauigkeit zu beschreiben, soll die turbulent-kompressible Strömung mittels Grobstruktursimulation modelliert werden. Mit Hilfe von Methoden der Systemidentifikation, wie sie aus der Regelungstechnik oder der digitalen Signalverarbeitung bekannt sind, wird anschließend aus den Rohdaten der Strömungssimulation die Streumatrix der Querschnittserweiterung berechnet. Die Streumatrix stellt im Rahmen der linearen Akustik eine vollständige Beschreibung der akustischen Übertragungseigenschaften dar und ermöglicht erst den Vergleich mit klassischen experimentellen oder analytischen Ergebnissen der Aero-Akustik. Die Entwicklung und Validierung der Methode wird sich auf einfache Geometrien beschränken, für die experimentelle oder analytische Validierungsdaten vorhanden sind. Es sei allerdings betont, dass der hier verfolgte Ansatz für Geometrien oder Strömungsverhältnisse eingesetzt werden kann, bei denen experimentelle oder theoretisch-analytische Untersuchungen nicht erfolgsversprechend oder sehr aufwändig wären.