TAP
Die Software TAP (turbine acoustics prediction) verwendet eine automatisierte Prozesskette zur Simulation des Hinterkantengeräuschs an 2D-Profilschnitten. Dazu werden in einem ersten Schritt 2D-RANS Rechnungen mit dem DLR-TAU-Code erzeugt – einer Simulationssoftware zur Berechnung viskoser oder nicht-viskoser Strömungen um komplexe Geometrien. Darauf basierend werden mit dem stochastischen Verfahren FRPM (fast random particle mesh method) zeitlich aufgelöste Schallquellen an der Hinterkante modelliert, die dann mit dem aeroakustischen Code PIANO (Perturbation Investigation of Aerodynamic Noise) propagiert werden. In PIANO wird die aeroakustische Geräuscherzeugung simuliert und die Schallausbreitung in nicht uniformen Strömungen berechnet.
Des Weiteren werden mit Hilfe von semi-empirischen Verfahren noch 2 weitere akustische Quellen modelliert: Zum einen das turbulente Vorderkantengeräusch, das durch die Interaktion der turbulenten Zuströmung mit der Vorderkante entsteht. Und zum anderen das turbulente Hinterkantengeräusch, für den Fall, dass die Strömung auf dem Rotorblatt abgelöst ist. Für abgelöste Strömungen müssten aufwendigere CAA-Simulationen durchgeführt werden, als in der automatisierten Prozesskette berücksichtigt sind, um verlässliche Ergebnisse zu erhalten. Aus diesem Grund und zu Gunsten der schnelleren Vorhersage, wird hier ein semi-empirisches Verfahren für das Hinterkantengeräusch eingesetzt.
Für die Extrapolation auf eine gesamte Windenergieanlage werden die im ersten Schritt simulierten Richtcharakteristiken der einzelnen Profilschnitte sowie die geometrischen Eckdaten der Anlage, zum Beispiel Turmhöhe und Operationsbedingungen (Drehzahl, Windgeschwindigkeit), eingelesen. Für beliebige Beobachterpunkte werden die Hinterkantengeräuschanteile eines jeden Rotorblattschnitts über den Rotorumlauf auf 3D extrapoliert, addiert und gegebenenfalls gemittelt. Als Ausgabe sind Spektren an einzelnen Beobachterpunkten und Lärmsignaturen möglich.
Wesentliche Merkmale
- Schnelle Vorhersagemethodik für Hinterkantengeräusche an Rotoren
- CFD/CAA basiertes Verfahren, kombiniert mit schnellen semi-empirischen Methoden
- Auswertung an Zertifizierungspunkten, Lärmsignaturen
Anwendungsgebiete
Die Software TAP kann Lärmvorhersagen für Windkraftanlagen in Form von Signaturen oder auch für einzelne Beobachterpunkte erstellen. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Methode schnell ist, aber das Hinterkantengeräusch für anliegende Strömungen mittels CFD/CAA-Verfahren und nicht per semi-empirischen Modellen bestimmt wird. So können beispielsweise unterschiedliche neuartige Rotorblattentwürfe bewertet und verglichen werden. Die Software wurde bereits erfolgreich im Rahmen des IEA Wind Task 39 - Quiet Wind Turbine Technology, Wind turbine noise code Benchmark - eingesetzt.
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