Compressible CFD simulations of aeroacoustics for automotive applications

In dieser Arbeit wird eine Methode zur direkten Berechnung von Aeroakustik basierend auf einen Strömungslöser für kleine Mach-Zahlen untersucht. Der Strömungslöser wird mit einem neuen Dämpfungsmodell für die Reduktion numerischer Schallwellen im finite Volumen Code OpenFOAM implementiert, und für die Berechnung der Entstehung und Ausbreitung von Schallwellen im Automobilbereich angewandt. Zur Validierung des neuen Strömungslösers, wird ein Benchmark, der aus zwei parallelen Streben besteht, berechnet. Das simulierte aerodynamische Nahfeld sowie das aeroakustische Fernfeld werden mit Windkanalmessungen verglichen. Das akustische Fernfeld wird mit der direkten sowie mit einer hybriden Methode berechnet. Beide Methoden werden anhand der Fernfeldspektren sowie der Richtcharakteristiken mit experimentellen Daten bewertet. Nach der Validierung des Strömungslösers wird die Entstehung von numerischen Störungen in der direkten Methode analysiert. Es werden verschiedene Quellen numerischer Störungen sowie deren Entstehungsmechanismen dargestellt. Anschließend werden zwei verschiedene Strategien zur Reduktion von Störungen diskutiert und validiert. Das Dämpfungsmodell zeigt sein Potenzial bei der Reduktion von numerischen Schallwellen ohne Beeinflussung der Turbulenz. Es wird außerdem gezeigt, dass die Richtung einer Verfeinerung des numerischen Gitters die Richtung der Ausbreitung numerischer Schallwellen bestimmt. Die Strategien zur Reduktion numerischer Störungen werden weiterhin an einem einzelnen Seitenspiegel angewandt. Dafür wird ein neuer Algorithmus für eine automatisierte und richtungsdefinierte Gitterexpansion implementiert. Die Amplitude numerischer Störungen, die im Spiegelnachlauf entstehen, werden mit Hilfe einer Frequenz-Wellenzahl Analyse quantitativ untersucht. Es zeigt sich, dass das Dämpfungsmodell diese Störungen deutlich reduziert. Abschließend wird der Strömungslöser zusammen mit den vorgeschlagenen Strategien in einer direkten Aeroakustikberechnung eines generischen Fahrzeugmodells angewandt. Es werden zwei unterschiedliche Varianten berechnet und der Einfluss der A-Säule und des Seitenspiegels bezüglich ihres akustischen Beitrags auf der Seitenscheibe untersucht. Sowohl aerodynamische als auch aero- und vibroakustische Spektren werden auf der Seitenscheibe berechnet und mit Windkanalmessungen verglichen. Für beide Varianten zeigen die Ergebnisse der direkten Methode gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten.