直接シミュレーションによる空力騒音の制御に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455085
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三宅 裕 大阪大学, 工学部, 教授 (50029005)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂東 潔 関西大学, 工学部, 助教授 (70156545) ; 太田 貴士 大阪大学, 工学部, 助手 (10273583) ; 辻本 公一 大阪大学, 工学部, 助手 (10243180) ; 梶島 岳夫 大阪大学, 工学部, 助教授 (30185772)
• Keywords: 直接数値シミュレーション / 空力騒音 / 乱流 / 円形噴流 / 乱流制御 / 翼

Research Abstract

流れが作る騒音,すなわち空力騒音は解析の困難さゆえに制御も難しく,様々な機械・機器の低騒音化にとっての障害となっている.本研究では,空力騒音の発生の素過程として,自由乱流や壁乱流の渦をDNS(Direct Numerical Simulation)によって再現し,同時に音場を並行して解析することによって,騒音制御の数値実験ツールを確立し,さらに乱流渦構造と騒音発生の関係を明らかにすることを目的としている.自由乱流としては円形噴流を扱った.従来は円形噴流のDNSは周期境界条件による時間発展問題や,カ-テシアン座標を用いた近似円形ノズルで近似され,その再現精度に問題があった.ここでは,円柱座標系で空間発展型の境界条件を設定し,さらに高次精度差分法を適用することによって,この流れ場を再現した.その結果,空力音の発生源である,渦輪の成長から縦渦の発生を経て乱流に遷移する領域で実験事実を精度よく再現した.さらに,ノズル噴出速度に様々な擾乱モードを与えて渦度場の応答を観察することを可能とし,噴流音源の数値実験ツールを確立した.壁乱流については,平板に沿う乱流中の縦渦に着目し,その維持・再生機構を解明するとともに,縦渦群として把握し,これを制御する数値実験を試みた.一例として,壁面を横断方向に振動させたところ,著しい乱れの削減効果が得られた.また,翼周りの非定常流れのLES(Large-Eddy Simulation)を行い,Lighthill-Curle理論による方法に連動させて音場の解析を実施した.以上,音源となる乱流渦の解析に対しては,DNSやLESによる再現精度の向上と適用範囲を拡大し,音源制御の数値実験手法を確立した.一方,音場解析については,低マッハ数領域での圧縮性流れ解析に着手したところであり,本研究の期間内には古典音場理論に基づく解析にとどまったが,近接場の乱流の高解像度解析との連動解析手法を開発した.

Research Products

• [Publications] 三宅 裕: "壁近傍乱流の縦渦の維持・再生機構" 日本機械学会論文集 B編. 62-598. 2172-2179 (1996)
• [Publications] 三宅 裕: "On the Mechanism of Attenuation of Turbulence by Spanwise Wall Oscillation" Proc.2nd ERCOFTAC Workshop on Direct and Large Eddy Simulation. F.3.1-F.3.2 (1996)
• [Publications] 三宅 裕: "溝乱流場での縦渦群の挙動の解析" 日本流体力学会 '96年会講演論文集. 285-286 (1996)
• [Publications] 三宅 裕: "壁の面内振動による壁乱流の抵抗低減機構" 日本機械学会論文集 B編. 63-605. 16-23 (1997)
• [Publications] 三宅 裕: "縦渦群の同定と挙動に関する数値シミュレーション" 第12回NSTシンポジウム講演論文集. 19-26 (1997)
• [Publications] 青木 誠司: "円形ノズルからの乱流噴流の空間発展直接シミュレーション" 日本機械学会講演論文集. 974-1. (発表予定) (1997)