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Study of broadband noise prediction generated from a low-pressure fan based on machine learning

Research Project

Project/Area Number 21K12294
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
Research InstitutionNagasaki University

Principal Investigator

Sasaki Soichi  長崎大学, 工学研究科, 助教 (00304965)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords広帯域騒音 / ファン / 風洞 / 機械学習 / 圧力PSD / ファン騒音 / 空力騒音 / 風洞試験 / 低圧ファン
Outline of Research at the Start

厚生労働省の新型コロナウィルス感染症対策専門会議が示した感染リスクのある空間には「換気の悪い密閉空間」が指摘されている。屋内換気のために常時稼働する低圧ファンには、静穏な環境を保つために低騒音であることが強く求められている。本研究では、低圧ファンから発生する広帯域騒音の数学的アナロジーに基づくモデル解析において、その主要な予測パラメータとなる圧力パワースペクトル密度を機械学習によって抽出する。この機械学習によるファン騒音の予測では、数値シミュレーションのように流れの保存則を満足しながら計算する必要がないため、その解析時間を革新的に高速化することが可能になる。

Outline of Final Research Achievements

Among the aerodynamic noises generated by low-pressure fans, broadband noise is considered an important issue in the field of fluid mechanics. In this study, we developed a low-noise wind tunnel with an anechoic room and used machine learning to generate pressure power spectral density (PSD), which is a key parameter for predicting broadband noise. Based on this pressure PSD, it is possible to predict the broadband noise generated from a flat plate with high accuracy. Moreover, from the comparison between the measured aerodynamic noise in the experimental apparatus of a low-pressure fan and the noise predicted by machine learning, we revealed that the broadband noise generated by the fan was caused by the pressure PSD of Karman vortex shedding.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

厚生労働省の新型コロナウィルス感染症対策専門会議は、感染リスクのある空間として「換気の悪い密閉空間」を挙げていた。その屋内換気のために常時稼働する換気用のファンには、排気性能だけでなく、静穏な環境を保つために低騒音であることも求められる。このファンから発生する広帯域騒音の解析的な予測では、その精度や計算コストが現実的な課題となっている。機械学習による広帯域騒音の予測では、流れの数値シミュレーションのように運動方程式や質量の保存則を満足しながら計算する必要がない。このため、低圧ファンの空力騒音を予測するための計算コストを大幅に低減することが可能になる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 多翼ファンから発生する空力騒音の予測とその機械学習の展望2023

    • Author(s)
      佐々木壮一
    • Journal Title

      ターボ機械

      Volume: 51(9) Pages: 523-531

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  • [Journal Article] 低騒音風洞の開発と機械学習に基づく平板から発生する広帯域騒音の予測2023

    • Author(s)
      佐々木壮一,菅沼隼人,荒巻太樹
    • Journal Title

      長崎大学大学院工学研究科研究報告

      Volume: 53(101) Pages: 1-7

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    • Open Access
  • [Journal Article] Prediction of broadband noise generated from low-pressure fan based on experimental pressure power spectrum density2022

    • Author(s)
      Soichi Sasaki
    • Journal Title

      Noise Control Engineering Journal

      Volume: 70(6) Issue: 6 Pages: 540-551

    • DOI

      10.3397/1/377047

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Study of Broadband Noise Generated from a Low-pressure Fan Based on Pressure Power Spectrum Density of a Flat Plate2022

    • Author(s)
      Kodai Tanaka, Soichi Sasaki
    • Journal Title

      Proceedings of the 7th International Conference on Jets Wakes and Separated Flows

      Volume: - Pages: 1-8

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Prediction Methodology of Broadband Noise Generated from a Horizontal Axis Wind Turbine Based on Blade Element Momentum Theory2022

    • Author(s)
      Soichi Sasaki
    • Journal Title

      Proceedings of the 7th International Conference on Jets Wakes and Separated Flows

      Volume: - Pages: 1-7

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    • Author(s)
      佐々木壮一,田中康大
    • Journal Title

      長崎大学大学院工学研究科研究報告

      Volume: 52(98) Pages: 8-15

    • NAID

      120007188602

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      佐々木壮一,田中康大
    • Journal Title

      長崎大学大学院工学研究科研究報告

      Volume: 51(97) Pages: 8-13

    • NAID

      120007139944

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      Soichi Sasaki
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  • [Book] ターボ機械50年の系譜と将来の展望2024

    • Author(s)
      佐々木壮一(分担執筆)
    • Total Pages
      511
    • Publisher
      日本工業出版
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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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