Two-dimensional isotropic turbulent inflow conditions for vortex particle method

Sharma, Sparsh; Sarradj, Ennes

doi:10.1103/physrevfluids.4.022701

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“…The turbulent velocity field reconstruction involves combining disturbances from discrete vortex particles, each influencing the overall field. Classical point vortices encounter singularity at close distances, leading to nonphysical behaviors [20]. Mollified vortices with finite cores address this [21].…”

Section: Turbulence Synthesis With Vortex Particlesmentioning

confidence: 97%

Efficient Prediction of Turbulent Inflow and Leading-Edge Interaction Noise Using a Vortex Particle Method with Look-up Table Approach

Sharma,

Herr

2024

J. Phys.: Conf. Ser.

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This paper presents a new, efficient approach for predicting turbulent inflow, also known as leading-edge interaction noise. The method combines a low-fidelity Vortex Particle Method (VPM) with a look-up table approach. Its goal is to reconstruct realistic inflow turbulence and airfoil contours using stochastic control variables within a limited vortex window. To model far-field sound emission, Curle’s equation and a vortex sound database are employed. To increase confidence in the methodology, an analysis of inflow turbulence parameters and source characteristics was performed using systematic Large Eddy Simulations (LES). A generic NACA 0012 airfoil test case with different inflow turbulence grids was used for direct comparisons with semi-theoretical and semi-empirical predictions from the literature. The comparison is restricted to Amiet/Gershfeld predictions as the current model is only capable of dealing with homogeneous and isotropic turbulence. However, their usefulness is limited to narrower parameter ranges when compared to the more generally applicable new method. A satisfactory agreement of the results demonstrates the versatility of the proposed method.

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Section: Turbulence Synthesis With Vortex Particlesmentioning

confidence: 97%

Efficient Prediction of Turbulent Inflow and Leading-Edge Interaction Noise Using a Vortex Particle Method with Look-up Table Approach

Sharma,

Herr

2024

J. Phys.: Conf. Ser.

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Stochastic modelling of leading-edge noise in time-domain using vortex particles

Sharma

Sarradj

Schmidt

2020

Journal of Sound and Vibration

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Die konzeptionelle und vorläufige Auslegung rotierender Maschinen wie Lüfter, Windturbinen, gegenläufiger offener Rotoren und Hubschrauberblätter erfordert kostengünstige und einfach zu bedienende Werkzeuge, die eine schnelle Geräuschbeurteilung und Optimierungsanalyse ermöglichen. Die neuesten numerischen und experimentellen Methoden sind für die Durchführung einer Optimierungsstudie zu rechenaufwändig, wohingegen kostengünstige Methoden, wie zum Beispiel analytische, bei realistischen Profilgeometrien vor allem im Bereich hoher Frequenzen sowie bei höheren Anstellwinkeln erhebliche Fehler aufweisen können. Da Turbulenz grundsätzlich eine statistische Größe ist, erscheint es sinnvoll, eine turbulente Strömung sowie auch die Interaktion eines Tragflügel-oder Schaufelprofils mit einer solchen Strömung statistisch zu modellieren. Die Bestimmung der instationären Reaktion des Strömungsprofils ist anschließend für die Vorhersage des entstehenden aerodynamischen Schalls von entscheidender Bedeutung. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer neuen kostengünstigen und benutzerfreundlichen numerischen Technik für aeroakustische Konstruktionen, die sich hauptsächlich auf die Wechselwirkung zwischen Tragflügelprofilen und Turbulenzen konzentriert. Die Entwicklung der statistischen Methode gliedert sich in drei Abschnitte; nämlich-1) der Berechnung der Hintergrundströmung, 2) der Modellierung der statistisch optimierten turbulenten Zuströmung, und 3) der Generierung einer Wirbeldatenbank zur Vorhersage des entstehenden Schalls für mehrere Strömungsfelder, die durch unterschiedliche Werte von Turbulenzintensitäten und Längenskalen gekennzeichnet sind. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Modellierung einer turbulenten Zuströmung-und damit einer für die Lärmerzeugung wesentlichen Größe-vorgestellt, der eine vergleichsweise schnelle Berechnung erlaubt und nicht auf die Nutzung von Hochleistungscomputern angewiesen ist. Durch diesen Ansatz kann der Einfluss von Turbulenzparametern auf das in Turbomaschinen erzeugte Geräusch quantifiziert werden, wobei auch die geometrischen Parameter des Schaufelblatts bei der Geräuschvorhersage berücksichtigt werden. Die Hintergrundströmung wird bei dieser Methode numerisch simuliert, indem die Wirbeltransportgleichungen in der Lagrange-Form gelöst werden (sogenannte Vortex-Methoden). Der akustische Einfluss einer endlichen Anzahl von Wirbeln, charakterisiert durch alle möglichen Kombinationen von Wirbelgröße, Zirkulation und Injektionsposition /-zeit, definiert unter Verwendung der Bereiche von Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen, die von Injektionspunkten stromaufwärts des Schaufelblatts abgegeben werden, werden vorberechnet und in einer Matrix gespeichert. Diese Methode ist daher im Vergleich zu klassischen Vortex-Methoden vergleichsweise rechengünstig, da die Auswirkungen von Partikeln vorausberechnet, in einer Matrix gespeichert und schließlich zur Berechnung der Schallentstehung nur noch ausgelesen werden.

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Experimental validation of a lower-order model for leading-edge noise based on vortex method

Sharma

Geyer

Sarradj

et al. 2021

Aiaa Aviation 2021 Forum

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Two-dimensional isotropic turbulent inflow conditions for vortex particle method

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Efficient Prediction of Turbulent Inflow and Leading-Edge Interaction Noise Using a Vortex Particle Method with Look-up Table Approach

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Experimental validation of a lower-order model for leading-edge noise based on vortex method

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