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Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Acoustic optimisation of an electric ducted fan unit through absorber design and placement
Full text linkNovel electric aircraft concepts are being developed by multiple aircraft manufacturers to exhaust the capabilities of modern electromobility. Their respective electric propulsion systems not only obtain different turbomachinery properties but also exhibit different acoustical behaviour than conventional combustion turbines. The Austrian start-up VOLARE GmbH develops an electrically powered aircraft that can take-off and land vertically and commissioned the acoustic evaluation and optimisation of one electric propulsion unit. Thus, the present thesis’ motivation was not only to examine a subscale electric ducted fan (EDF) unit regarding its acoustic characteristics across its laid-out operating range, but also to find and evaluate a noise-abating modification in the form of absorber linings. Acoustic measurements were performed on the subsonic ducted fan, which was provided by the company VOLARE GmbH, in the form of total sound power and microphone array measurements to gain insight into the dominant acoustic emissions and their respective prevailing source mechanisms. Measurements at discrete operating points were conducted, as well as transient measurements, across the total operating range to provide complete information on the EDF's acoustic behaviour. The rotor-self noise in combination with the rotor-stator interaction were identified as main tonal sound source for the measuring object, along with the highest broadband noise sources also being located on the rotor. Additionally, far-field measurements of the unit's electric powertrain without load were conducted, which showed significant noise emissions also coming from the periodic electromagnetic forces. Furthermore, unexpected dependencies on the rotational speed were detected in the powertrain's noise spectrum, which also contribute to the EDF's perceived acoustics. After processing the gained insights from the first measuring campaign, a secondary noise reduction measure was applied by designing and placing perforate absorber linings to the observed fan unit's duct. Afterwards, the far-field emissions were measured once again for the modified fan unit, and compared to measurement results of the unmodified fan unit. An improvement in the fan unit's acoustic characteristics was determined through a continuously lower A-weighted overall sound pressure level of 2-4 dB across the total operating range. Moreover, a closer examination of the modified EDF's frequency spectrum across the defined operating range confirmed the frequency dependence of the designed absorbers.Neuartige elektrische Flugzeugkonzepte werden derzeit von mehreren Flugzeugherstellern erarbeitet, um die Möglichkeiten der heutigen Elektromobilität auszuschöpfen. Die dafür entworfenen elektrischen Triebwerkssysteme haben nicht nur unterschiedliche Antriebscharakteristiken als herkömmliche Verbrennungsturbinen, sondern weisen auch unterschiedliche akustische Eigenschaften auf. Das österreichische Start-Up VOLARE GmbH entwickelt ein elektrisch angetriebenes, senkrecht startendes und landendes Flugzeug und beauftragte die akustische Evaluierung und Optimierung einer elektrischen Triebwerkseinheit. Die Motivation der vorliegenden Arbeit war es daher, nicht nur eine skalierte elektrische Triebwerkseinheit hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften über den ausgelegten Betriebsbereich hinweg zu untersuchen, sondern auch eine lärmmindernde Modifikation in Form von Absorberauskleidungen zu finden und zu bewerten. Akustische Messungen wurden am elektrischen Triebwerk in Form von Gesamtschallleistungs- und Mikrofonarraymessungen durchgeführt, um Erkenntnisse über die dominierenden Schallemissionen und die jeweils vorherrschenden Quellmechanismen zu gewinnen. Messungen wurden sowohl an diskreten Betriebspunkten, als auch transient über den gesamten Betriebsbereich vorgenommen, um vollständige Daten über das akustische Verhalten des Triebwerks zu erhalten. Als tonale Hauptschallquelle des Messobjekts wurden der Eigenschall des Rotors sowie die Rotor-Stator Interaktion identifiziert, wobei auch die höchsten breitbandigen Schallpegel auf den Rotor als Schallquelle zurückgeführt werden konnten. Weiters wurden Messungen der elektronischen Komponenten des Antriebsstrangs ohne Last durchgeführt, welche signifikante tonale und schmalbandige Schallquellen auch in diesen Komponenten offenbarten. Außerdem wurden unerwartete Drehzahl-Abhängigkeiten des Lärmspektrums der elektronischen Komponenten festgestellt, die ebenfalls die Akustik des Triebwerkes beeinflussen. Durch die Verarbeitung der gewonnenen Erkenntnisse aus der ersten Messkampagne wurde eine sekundäre Lärmminderungsmaßnahme durch die Auslegung und Platzierung perforierter Absorberauskleidungen am Kanal des untersuchten Triebwerks durchgeführt. Anschließend wurden die Fernfeldemissionen für das modifizierte Triebwerk nochmals gemessen und mit den Messergebnissen des unmodifizierten Triebwerkes verglichen. Eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften des Triebwerkes wurde durch den kontinuierlich niedrigeren A-bewerteten Gesamtschalldruckpegel über den gesamten Betriebsbereich festgestellt. Darüber hinaus bestätigten genauere Untersuchungen der akustischen Spektren des modifizierten Triebwerkes die erwartete Frequenzabhängigkeit der Absorberauskleidungen
Aeroacoustic simulation of flow parts in medical and automotive applications
Full text linkMost technical applications are connected with the production of sound, either as a main output or a by-product. Furthermore, speech is one of the most important human communication methods and the majority of people takes it for granted in everyday life. Computational aeroacoustics (CAA) provide a toolbox to numerically simulate sound generation and propagation. A computationally efficient tool to handle flow induced sound generation is the hybrid approach that is presented in this thesis. This hybrid approach incorporates a separation of fluid dynamics and acoustics. Thereby, this work focuses on the acoustic part and its pre-processing, investigating several key steps in the hybrid workflow. Starting with the fundamentals of fluid dynamics and acoustics, the differential equations used in this work are presented. Thereafter, the CAA workflow is explained and a small overview of the numerical tools, that were used, is given. Furthermore, the conservative interpolation between CFD (Computational Fluid Dynamics) and CAA grids is investigated regarding the limitations of two different algorithms. Finally, these methods are applied to an axial fan. A grid study and validation with experimental data shows the applicability of both methods. Additionally, this work includes a source term analysis of acoustic sources, generated during the human voice production mechanism. Therefore, the local time derivative and the convective part of the PCWE (Perturbed Convective Wave Equation) right-hand-side source, as well as various of their components and flow quantities are visualized in time and frequency domain. These visualizations yield insight in the localized impact of the convective source part in contrast to the more distributed local time derivative of the incompressible flow pressure. Furthermore, interpretation of the source fields delivers explanations for results obtained in the project Numerical computation of the human voice source.Ein Großteil aller weitverbreiteten technischen Anwendungen ist in der einen oder anderen Weise mit Schall verknüpft, sei es der gewünschte Schall von Musikinstrumenten oder die Geräusche von technischen Maschinen. Des Weiteren ist das Sprechen eine der wichtigsten Kommunikationsmethoden, welche üblicherweise im täglichen Leben als gegeben angenommen wird. Computational Aeroacoustics (CAA) bietet eine Toolbox, um akustische Schallentstehung und Ausbreitung numerisch zu simulieren. Ein effizientes Werkzeug um strömungsinduzierten Schall zu simulieren, ist der in dieser Diplomarbeit vorgestellte hybride Ansatz. Dabei wird der Fokus auf den akustischen Teil sowie dafür notwendiges Pre-Processing gelegt. Zuerst werden die Grundlagen der Strömungsmechanik und Akustik präsentiert, und die entsprechenden Differenzialgleichungen besprochen. Anschließend wird der Workflow Schritt für Schritt erklärt und ein kurzer Überblick über die verwendeten numerischen Methoden gegeben. Zusätzlich werden zwei verschiedene konservative Algorithmen zur Interpolation zwischen den Rechengittern von CFD (Computational Fluid Dynamics) und CAA bezüglich ihrer Anwendungsgrenzen untersucht. Abschließend wird der vorgestellte Ablauf auf ein Axialgebläse angewandt. Eine Gitternetz-Studie sowie die Validierung der Simulationsergebnisse mittels experimenteller Daten zeigen die Anwendbarkeit beider Algorithmen. Außerdem beinhaltet diese Arbeit eine Quelltermanalyse der akustischen Quellen im menschlichen Stimmbildungsmechanismus. Dazu werden die lokale Zeitableitung des Strömungsdrucks sowie der konvektive Teil der rechten Seite der PCWE (Perturbed Convective Wave Equation) und Strömungsgrößen im Zeit- und Frequenzbereich dargestellt. Diese Darstellungen geben Einblick in den lokalen Einfluss des konvektiven Teils im Gegensatz zur breiter verteilten lokalen Zeitableitung des inkompressiblen Drucks der Strömung. Die Interpretation dieser Quellen liefert Erklärungen und Erkenntnisse für die im Zusammenhang mit dem Projekt Numerical computation of the human voice source entstandenen Simulationsergebnissen
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Eine Methode um Kavitätsschall mittels stochastischer Schallerzeugung und -abstrahlung zu berechnen
Full text linkStrömungsakustische Voruntersuchungen in der hart umkämpften Automobilindustrie erfordern schnelle numerische Simulationsmethoden, um einen ersten Einblick in die Strömung und das akustische Feld zu erhalten. Auch wenn es Möglichkeiten gibt, praktisch alle Turbulenzlängenskalen aufzulösen, sind diese Verfahren in frühen Phasen der Automobilkomponentenentwicklung nicht zweckmäßig. Deshalb konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf einen stochastischen Ansatz zur Rekonstruktion der turbulenten Geschwindigkeitsschwankungen, die auf einer zeitsparenden stationären Strömungslösung basieren. Als praktische ingenieurtechnische Anwendung wurde eine Kavität mit einer überhängenden Lippe betrachtet, für die Messungen und Simulationsergebnisse aus der Literatur vorliegen. Die gesamte Arbeit basiert auf dem hybriden Workflow der Aeroakustik, der im Wesentlichen aus drei Schritten besteht: 1. Durchführen einer Strömungsberechnung; 2. Berechnen von akustischen Quelltermen; 3. Simulieren der akustischen Wellenausbreitung. Zusätzlich wurde die stochastische Rekonstruktion des turbulenten Geschwindigkeitsfeldes nach Schritt eins eingefügt. Jeder dieser Schritte wurde im Hinblick auf die betrachtete Kavität der vorliegenden Arbeit ausführlich beschrieben. Nach der Betrachtung der notwendigen inkompressiblen Strömungsrechnung wurde besonderes Augenmerk auf die Rekonstruktion des turbulenten Geschwindigkeitsfeldes gelegt. Dabei wurde der Algorithmus unter Verwendung von Pseudocode beschrieben. In einem nächsten Schritt wurde die Berechnung von akustischen Quelltermen diskutiert. Ein entscheidender Punkt im hybriden strömungsakustischen Workflow ist die Interpolation der Quellterme von dem Akustiknetz auf das Strömungsnetz. Dazu wurden zwei anspruchsvolle Interpolationsverfahren hinsichtlich ihrer Fähigkeiten im hybriden aeroakustischen Workflow analysiert. Schließlich wurden die resultierenden akustischen Spektren mit Messungen und Simulationsergebnissen verglichen. Dabei waren die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse in guter Übereinstimmung. Dies hat das Potential der stochastischen Methoden für praktische aeroakustische Probleme gezeigt, wie zum Beispiel die Strömung über eine Kavität, die in dieser Arbeit analysiert wurde.Preliminary aeroacoustic studies in the highly competitive automotive industry require fast numerical simulation methods to gain a first insight in the flow and the acoustic field. Even though there are possibilities to resolve virtually all turbulence length scales, these procedures are infeasible in early stages of automotive component development. Therefore, the present thesis focuses on a stochastic approach to reconstruct the turbulent velocity fluctuations based on a very time efficient steady flow solution. As a practical engineering application, a cavity with an overhanging lip was considered, where measurements and simulation results are available from the literature. The entire work is based on the hybrid workflow for aeroacoustic simulations, which basically consists of three steps: 1. perform a flow computation; 2. compute acoustic source terms; 3. simulate the acoustic wave propagation. Additionally, the stochastic reconstruction of the turbulent velocity field was inserted after step one. Each of these steps was described in detail with regard to the considered cavity in the present thesis. After discussing the necessary incompressible flow computation, special emphasis was given to the reconstruction of the turbulent velocity field. Thereby, the algorithm was outlined utilizing pseudo code. In a next step, the calculation of acoustic source terms was discussed. A crucial point in the hybrid aeroacoustic workflow is the interpolation of the source terms on the flow grid to the acoustic grid. Therefore, two highly sophisticated interpolation procedures were analyzed towards their capabilities in the hybrid aeroacoustic workflow. Eventually, the resulting acoustic spectra were compared with measurements and simulation results. Thereby, the results obtained in this thesis were in good agreement. This has shown the potential of stochastic methods for practical aeroacoustic engineering problems, such as the flow over a cavity that was analyzed in this work
Aeroacoustic Simulation of a deep cavity with a lip
Full text linkDie vorliegende Arbeit stützt auf dem Artikel von Bence Farkas und György Paal [1]. Das dort verwendete generische Kavitätsmodell, das einen beliebigen Schlitz am Fahrzeug (z.B. Türschlitz) nachbilden soll, wurde nach einem Benchmark (Kategorie 6) von NASA [2] erstellt und nach entsprechender Anpassung für kompressible und inkompressible Strömungsfelder nummerisch untersucht. Dabei sind verschiedene Turbulenzmodelle, Anströmungsgeschwindigkeiten und Randbedingungen in Vergleich gebracht worden. Da die Autoren mangelhafte Ergebnisse im Falle einer inkompressiblen Strömungssimulation feststellen konnten, wird sich diese Diplomarbeit ausschließlich auf Strömungsfelder kompressibler Natur konzentrieren, um diese entsprechend tiefer zu studieren und ggf. besser zu verstehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene 3D-Gittergenerierungsstrategien anhand kompressibler nummerischen Strömungssimulationen (eng. Computational Fluid Dynamics – CFD) in ANSYS Fluent 18.0 untersucht und gegenübergestellt. Dabei sind die Netzkonvergenz sowie die Funktionalität von diversen u.a. neuen hybriden Turbulenzmodellen (z.B. SBES [3]) überprüft worden. Anschließend wurden die verschiedenen Strömungsfelder zur Berechnung von akustischen Quelltermen verwendet und die daraus resultierenden Schallfeldern mit der hauseigenen Simulationssoftware Coupled Field Simulation – CFS++ simuliert. Am Ende wurden die Einflüsse der Anströmungsgeschwindigkeit, der Grenzschichtdicke, der Zeitschrittgröße sowie der verwendeten Turbulenzmodelle und der Quelltermberechnungsmethoden auf die akustische Abstrahlcharakteristik von der tiefen Kavität bewertet. Im Rahmen der CFD Studie konnte der Ursprung einiger bis dato unbekannten Moden im Druckspektrum dieses Kavitätsproblems definiert werden. Ferner wurde auch die Rolle der dreidimensionalen Taylor-Görtler-Wirbel aus der Rezirkulation für die Wirbelbildung, sowie für die Wirbel-Kanten-Interaktion und die damit verbundene Schallabstrahlung bewertet.This work is based on the article of Bence Farkas and György Paal [1], which numerically studied a generic cavity model that mimics a gap in a vehicle (e.g. door gap) within comressible and incompressible flow fields. The computational domain was based on a benchmark (category 6) published by NASA [2], which was adjusted to the needs of their study. Throughout the simulations various turbulence models, flow velocities and boundary conditions have been applied and compared. The authors concluded that in case of incompressible flows the assessed results were lacking on accuracy, which is why this thesis concentrates exclusively on compressible flow fields and aims to achieve a deeper view and better understanding of their nature. Within this thesis, various 3D-mesh generation strategies were investigated and compared using numerical flow simulations (Computational Fluid Dynamics – CFD) in ANSYS Fluent 18.0 applied for the case of compressible fluids. Furthermore, the mesh convergence as well as the functionality of various latest hybrid turbulence models (e.g. SBES [3]) were examined. Thereafter the ssessed flow fields are then used for the calculation of acoustic source terms and acoustic fields within the in-house simulation software Coupled Field Simulation – CFS++. At the end the influence of the flow velocity, the boundary layer thickness, the time step size as well as the used turbulence models and the source term calculation strategies on the acoustic radiation characteristics of the deep cavity were evaluated. Within the scope of the CFD study, the origin of some previously unknown modes in the pressure spectrum of the present cavity problem could be defined. Furthermore, the role of the three-dimensional Taylor-Görtler vortices from the recirculation for the vortex formation, as well as for the vortex-edge interaction and the associated sound radiation was also evaluated
Efficient FEM model for human phonation
Full text linkGesprochene Sprache ist die wichtigste und grundlegenste Art der menschlichen Kommunikation. Deshalb sind Menschen, die an einer Stimmerkrankung leiden, in ihrem Alltag und ihrer Lebensqualität starkeingeschränkt. Daher wird im Rahmen des Projektes "Numerical computation of the human voice source", wozu diese Arbeit beiträgt, ein numerisches Modell entwickelt, welches die Behandlung von Stimmerkrankungen unterstützen soll, indem es in der Lage ist, die Stimme aufgrund der Kehlkopfgeometrie und -charakteristik zu berechnen. Die numerische Effizienz, welche für einen klinischen Einsatz erforderlich ist, wird durch den Einsatz des hybriden aeroakustischen Ansatzes erzielt. Dieser unterteilt die Berechnung der Schallentstehung und -ausbreitung in eine Strömungs- und Akustiksimulation, wobei die für die zweitere erforderlichen akustischen Quellterme aufgrund der Strömungsergebnisse berechnet werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Akustiksimulation inklusive dem notwendigen Pre-Processing, wie die Quelltermberechnung und die konservative Interpolation. Um einen Überblick zu verschaffen, wird in dieser Arbeit eingangs die allgemeine Entwicklung und der Stand der Technik in der Modellierung der menschlichen Stimme vorgestellt. Danach werden die Arbeiten, auf denen das in dieser Arbeit verwendete Modell basiert, präsentiert. Nach der Erläuterung der angewandten Methodik wird dann näher auf das verwendete numerische Modell eingegangen, welches vorerst einen experimentellen Versuch mit synthetischen Stimmlippen nachbildet. Bevor das Modell in einem nächsten Schritt an die reale menschliche Stimmbildung angepasst wird, werden einige Aspekte im Zusammenhang mit der Effizienz und Simulationsgenauigkeit näher untersucht. Das adaptierte Modell wird dann in zwei Studien angewandt. In der ersten Studie wird der Einfluss anormaler Stimmlippencharakteristik, wie gestörtes Schließverhalten oder asymmetrische Schwingung, auf die entstehenden akustischen Quellen und die resultierende Stimme analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Stimmqualität mit steigender initialer Stimmlippenöffnung abnimmt, wobei dabei asymmetrische Stimmlippenbewegung die Stimme positiv beeinflussen kann. In der zweiten Studie zeigen Simulation und Messung nur teilweise gute Übereinstimmung. Große Abweichungen im hohen Frequenzbereich lassen eine in der Simulation unpassende verwendete Geometrie des Vokaltraktes vermuten, während die unterschätzten Amplituden im niedrigen Frequenzbereich auf das Fehlen des vernachlässigten konvektiven Anteils des Quellterms hinweisen könnten.Voiced speech is the basic and most important human communication tool. Thus, voice disorders drastically restrict the affected individual and, moreover, have an enormous economic impact on our society. Therefore, the project Numerical computation of the human voice source, to which the present thesiscontributes to, aims to develop a numerical model that supports clinicians on treating voice problems by predicting the voice based on given laryngeal geometry and characteristics. In order to ensure the computational efficiency necessary for a clinical application, the model is based on the hybrid aeroacoustic approach, which separates the task of sound computation into a flow (fluid dynamics) and an acoustics part. Thereby, the present thesis focuses on the simulation of the acoustic propagation including the required pre- rocessing (e.g., source term computation and conservative interpolation).After providing a brief overview of the general development and the state of the art in the field of numerical models of human phonation, preliminary work related to the model of the present thesis is presented. Having depicted the applied methodology and the theoretical background, the numerical modeland the corresponding workflow are established in a next step. Thereby, several aspects (e.g., boundary condition and conservative interpolation scheme) of the model related to the numerical efficiency and accuracy are investigated. As the presented model corresponds to an experimental setup with synthetic vocal folds and non-realistic vocal tract, it is subsequently adapted to real human phonation before it is applied to two case studies. The first case study investigates the impact of abnormal vocal fold characteristics (glottal gap and asymmetric vocal fold motion) on the acoustic sources and the resulting voice, whereas the second utilizes clinical data of patients in order to evaluate the agreement with real phonation. In the first study, it was found that voice quality decreases with rising glottal gap due to insufficiently developed acoustic sources and that asymmetric vocal fold motion can compensate for glottal insufficiency. The simulated configurations of the second case study only partly agreed with the clinical data. Deviations in the higher frequency range suggest to more extensively assess the accordance of the vocal tract shape used for the acoustic simulation. Furthermore, the amplitudes at lower requencies are underestimated, which indicates that the neglected convective part of the acoustic source term might play a role in this frequency range
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