Möglichkeiten zur Schallreduktion in einer Klimaanlage der Firma Liebherr : Simulation und Experiment

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten zur Reduktion von Schall in einem Klimaanlagensystem für Züge untersucht. Als Voruntersuchung zur Auslegung wird die Wirkung von recherchierten Interferenz- und Absorptionsmechanismen mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen gezeigt. Dabei wird zur Simulation von Schallabsorption ein äquivalentes Fluid mit komplexer Dichte und Kompressionsmodul verwendet, das die verwendeten porösen Festkörper in der Simulation ersetzt. Zu erwartende Druckverluste und deren Reduzierung werden anhand einer Strömungssimulation untersucht. Für die akustische Messung und den Vergleich von Akustikschäumen und -fasern mit sogenannten mikroperforierten Platten (MPP) wurden zwei Messaufbauten konzipiert. Vermessen wurde ein vom Klimaanlagenhersteller zur Verfügung gestelltes Funktionsmuster, das für die Schalldämpfung innerhalb der Anlage vorgesehen ist. Eine Messreihe wird mit der 4-Mikrophon-Methode durchgeführt, wobei als Vergleichsmaß die Durchgangsdämpfung des Schalldämpferkanals einmal mit und einmal ohne verbauter Dämpfungsanordnungen dient. Bei einer weiteren Messanordnung werden die unter angenäherter Freifeldausbreitung am Ausgang des Schalldämpferkanals gemessenen Schalldruckpegelwerte einmal mit und einmal ohne Absorberanordnungen verglichen . Durch Vergleich von verschiedenen MPP-Anordungen und Absorber-Schäumen mit einer Referenzmessung des absorberfreien Kanals kann gezeigt werden, dass die MPPs in den wichtigsten Frequenzbereichen qualitativ vergleichbare Ergebnisse liefern wie Standardmaterialien.

In the following thesis various possibilities to reduce noise in a ventilation and air-conditioning (HVAC) system for trains are analysed. To show the effects of different noise reducing mechanisms like reflexion mufflers and porous materials finite element (FEM) acoustic simulations are performed. The absorbing solid material is modelled as an equivalent fluid with complex density and bulk modulus. A numerical fluid simulation is performed to estimate the pressure loss due to the structure and to show the potential for reducing these losses by the installment of a guiding vane. To allow for acoustic measurement and a comparison between so-called microperforated panels (MPP) and standard acoustic foams and fibrous materials two measurement setups were designed. The device under test was the preliminary design of the muffler domain of the air-conditioning system.\newline The first measurement setup, called the Four-Microphone-Method, provided the transmission loss of different MPP- and fibrous, respectively foam material configurations. The second measurement setup allows to compare the sound pressure levels (SPL) at two measurement positions above the outlet of the functional muffler domain with and without absorption materials. Thus, one can show that MPPs are almost as effective as standard absorbing materials in the most important frequency range.