Wer ein neues Haushaltsgerät kauft, achtet nicht nur auf Funktionalität, Design und Preis, sondern immer öfter auch auf Umweltfreundlichkeit. Für Käufer interessant ist vor allem der Energieverbrauch; doch auch die Geräuschkulisse, die ein Gerät im Betrieb entfaltet, spielt eine Rolle. Denn laute Ventilatoren sorgen im Alltag oft für Verdruss. Deren Lärm zu reduzieren, ist das Ziel des Forschungsvorhabens HELNOISE: Am Beispiel hocheffizienter Wärmepumpentrockner für Haushaltswäsche soll eine neue Generation von Ventilatoren mit hohem Wirkungsgrad und geringem Geräusch entwickelt und erprobt werden. Projektpartner sind die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, die Beuth Hochschule für Technik Berlin sowie Unternehmen aus der Hausgeräteindustrie und der Simulationstechnologie.
Geplant sind umfangreiche experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen an realen und virtuellen Prototypen von radialen Ventilatoren. Die experimentell bestimmten Wirkungsgrade und Geräuschpegel dienen später der Bewertung und Verifikation der Simulationsergebnisse. Außerdem werden die Geschwindigkeitsfelder mit Laser-Messtechnik, beispielsweise der Particle Image Velocimetry PIV, detailliert vermessen. Bild 1 stellt ein für Hausgeräte typisches, radiales Ventilator-Laufrad mit seiner komplexen Geschwindigkeits-verteilung dar. Parallel zu den Messungen werden numerische Berechnungen mit Hilfe der Computational Fluid Dynamics CFD angestellt. Die Simulationen klären zum einen die Aerodynamik; zum anderen werden die instationären Druckfelder im Ventilator bestimmt. Dies ist besonders aufwändig, da auch sehr kleine turbulente Schwankungen der Druckgrößen zeitlich und räumlich hoch-aufgelöst berechnet werden müssen. Deswegen kommen hier sogenannte Rechen-Cluster mit zahlreichen Parallel-Prozessoren zum Einsatz.
Da nur ein bestimmter Teil der Druckschwankungen aus dem akustischen Nahfeld aus dem Inneren des Ventilators in das akustische Fernfeld des Kunden emittiert wird, schließt sich an die Strömungsberechnungen die numerische Akustik-Simulation an (Computational Aero Acoustics CAA). Die hierfür notwendigen Verfahren und Algorithmen werden im Rahmen dieses Projektes eigens entwickelt und erprobt, wobei die Methodik auf andere Strömungsmaschinen übertragen werden kann. Die Simulations-Ergebnisse sollen es erlauben, die breitbandigen und tonalen Schallemissionen mit hoher Genauigkeit vorherzusagen und die Quellen der Geräuschentstehung zu erkennen. Auf dieser Grundlage können die Industriepartner optimale und kundenfreundliche Produkte im Hinblick auf Wirkungsgrad, CO2 Ausstoß, Geräuschentwicklung und Fertigung herstellen.

• Prof. Dr.-Ing. Stefan Frank (Projektleitung)

• M.Sc. Chris Eisenmenger (Projektmitarbeiter_in)

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

• Beuth Hochschule für Technik Berlin
• FB II, Prof. Dr.-Ing. M. Ochmann

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