Aeroakustische Simulation von PKW HVAC-Systemen
Die aeroakustische Auslegung von HVAC Systemen gewinnt im modernen Entwicklungsprozess von Kraftfahrzeugen zunehmend an Bedeutung, da der Komfort im Fahrzeuginneren zunehmend durch strömungsinduzierte Lärmquellen dominiert wird. Dies betrifft insbesondere Fahrzeuge mit Start-Stopp-System im Stopp-Modus sowie Elektrofahrzeuge.
Die Erkenntnisse, die durch genaue aeroakustische Simulation eines HVAC Systems in einem frühen Entwicklungsstadium gewonnen werden, ermöglichen es, aufwendigen Prototypenbau zu minimieren. Dadurch kann die Entwicklungszeit verkürzt werden, und die Entwicklungskosten werden auf einem vertretbaren Niveau gehalten. Der Vorteil einer numerischen Simulation liegt auch darin, dass im Vergleich zu einer experimentellen Untersuchung detailliertere Information über die Ursachen und Mechanismen der Schallentstehung aus den Rechenergebnissen abgeleitet werden können. Dies erleichtert die zielgerichtete Entwicklung von aeroakustischen Verbesserungsmaßnahmen.
Hierfür wurde in Kooperation mit der TU Wien (Lehrstuhl für Mechatronik) eine neue Methodik entwickelt (Pertubed Convective Wave Equations (PCWE)), die es erlaubt rotierende Bauteile in der Simulation zu berücksichtigen. Hierfür wird die Strömungssimulation mit einem üblichen Finite-Volumen Ansatz auf einem sehr feinen Berechnungsgitter gelöst und daraus die akustischen Quellterme berechnet. Die Ausbreitung der Schallwellen unter Benutzung des akustischen Potentials erfolgt auf einem gröberen Finite-Elemente Gitter. Auf diese Weise werden beide Simulationsschritte mit einem optimal geeigneten Diskretisierungsansatz gelöst und können separat in Hinsicht auf die Effektivität optimiert werden.
Die Methodik und der Workflow konnte anhand von Ergebnissen umfangreicher Messkampagnen validiert werden:
- Axialgebläse einer Zugklimaanlage
- Radialgebläse einer PKW-Klimaanlage (Einzelkomponenten und Gesamtsystem)
Weiterführende Untersuchungen berücksichtigen den Einfluss von Wärmetauschern und Dämmmaterialien zur Auskleidung der Klimakanäle.
