Efficient prediction of broadband trailing edge noise and application to porous edge treatment

Trailing edge noise generated by turbulent flow traveling past an edge of an airfoil is one of the most essential aeroacoustic sound generation mechanisms. It is of great interest for noise problems in various areas of industrial application. First principle based CAA with short response time are needed in the industrial design process for reliable prediction of spectral differences in turbulent-boundary-layer trailing-edge noise due to design modifications. In this paper, an aeroacoustic method is studied, resting on a hybrid CFD/CAA procedure. In a first step RANS simulation provides a time-averaged solution, including the mean-flow and turbulence statistics such as length-scale, time-scale and turbulence kinetic energy. Based on these, fluctuating sound sources are then stochastically generated by the Fast Random Particle-Mesh Method to simulate in a second CAA step broadband aeroacoustic sound. From experimental findings it is well known that porous trailing edges significantly lower trailing edge noise level over a large range of frequencies reaching up to 8dB reduction. Furthermore, sound reduction depends on the porous material parameters, e.g. geometry, porosity, permeability and pore size. The paper presents first results for an extended hybrid CFD/CAA method including porous materials with prescribed parameters. To incorporate the effect of porosity, an extended formulation of the Acoustic Perturbation Equations with source terms is derived based on a reformulation of the volume averaged Navier-Stokes equations into perturbation form. Proper implementation of the Darcy and Forchheimer terms is verified for sound propagation in homogeneous and anisotropic porous medium. Sound generation is studied for a generic symmetric NACA0012 airfoil without lift to separate secondary effects of lift and camber on sound from those of the basic edge noise treatments.Comment: 37 page

CAA-basierte Schallvorhersage für Windkraftanlagen

Im Rahmen des International Energy Agency Wind Technology Collaboration Programme (IEA Wind TCP) Task 39 (Quiet Wind Turbine Technology) wurde ein Benchmark für die Schallvorhersage von Windenergieanlagen initiiert. An diesen Arbeiten ist das DLR über das HGF-finanzierte Projekt ViSion (Validierung von Simulationswerkzeugen zur Beschreibung von Windenergieanlagen) beteiligt. Ziel ist zunächst die Vorhersage des die Gesamtschallabstrahlung dominierenden Hinterkantengeräuschs für eine 2,3 MW NM80 Windkraftanlage und Vergleich mit Messungen, die im EU-Projekt DANAERO MW stattgefunden haben. Eingesetzt wird dabei eine Prozesskette, die den Rotor in einzelne Segmente zerlegt, für die dann jeweils 2D CAA-Simulationen (Computational Aeroacoustics) durchgeführt werden. Hier- bei werden die Drehung des Rotors, die damit verbundene Amplitudenmodulation und die Variation des Abstands zum Auswertepunkt für die einzelnen Rotorblattabschnitte berücksichtigt. Die einzelnen Beitrage derBlattsegmente des gesamten Rotors werden abschließend summiert und über den Rotorumlauf gemittelt. Als Auswertepositionen lassen sich neben beispielsweise der Zertifizierungsposition gemäß IEC-64100-11-Standard auch beliebige im Raum verteilte Positionen spezifizieren, um Geräuschsignaturen auszuwerten