渦・熱及び衝撃波の相互作用による音の発生とその制御

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455086
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 井上 督 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (00107476)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 裕司 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (70261469) ; じゅ 詒光 東北大学, 工学部, 講師 (60261468) ; 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40215752) ; 福西 祐 東北大学, 工学部, 助教授 (60189967)
• Keywords: 流体音 / 渦 / 衝撃波 / 熱 / 相互作用 / 制御

Research Abstract

井上は、衝撃波と単一の渦が干渉することにより発生する音を、ナビエ・ストークスの式を高精度(空間6次精度、時間4次精度)の計算コードを用いて解くことにより調べ、(1)干渉によりプリカーサと呼ばれる音に続いて第2・第3の音波が発生すること、(2)発生する音場は4重極といわれる特性を有すること、(3)発生する音の強さが衝撃波の強さ及び渦の強さに依存することなどを明らかにした。さらに本計算方法を衝撃波が対の渦と干渉する場合に拡張し、対の渦の進行方向が衝撃波の進行方向と同じであるか否かにより発生する音の数及び音場の極性が大きく異なることなどを明らかにした。井上はまた、ヘリコプタ・ロータまわりの圧縮性流れ場を計算し、特にヘリコプタが渦輪状態及びオートローテーション状態にある場合の流れ場の構造を初めて明らかにすると共に、音の発生がヘリコプタ・ロータと翼端渦の干渉に大きく依存していることを明らかにした。福西は、乱流境界層に音波を加え、表面粗さのある場合とない場合の各々について渦の挙動を調べることにより、表面粗さと音波の相乗効果を利用することにより乱流境界層を励起しうることを実験的に明らかにした。佐宗は、新幹線がトンネルに突入する際にトンネル出口で音が発生するメカニズムを実験的に調べ、騒音軽減のためには新幹線が作り出す衝撃波を弱める必要があることを明らかにし、そのための方策の一つを提案した。〓は、水素と空気の予混合気体と衝撃波が干渉する流れ場を、二次元ナビエ・ストークスコードを用いて解析し、予混合気体が燃焼している場合と反応を生じない場合のいずれの場合にも、いわゆるリヒトマイヤ・メシュコフ不安定性が渦の発生、従って音の発生に非常に重要な役割を示すことを明らかにした。服部は、二つの渦輪が正面衝突する場合の流れ場を、二つの渦輪の強さが等しい場合と異なる場合について各々高精度の計算コードを用いて数値的に調べ、強さが等しい場合には(1)2つの音波が発生すること、(2)2つの音波はいずれも4重極性を有するがその極性は互いに逆であること、又強さが異なる場合には(1)音波が4つ発生すること、(2)音波の伝搬方向は2つの渦輪の強さの違いに依存すること、などを明らかにした。服部はまた井上とともに、2つの渦輪が斜め衝突する場合の計算コードを開発し、渦渡場と音場の関連についての知見を得た。

Research Products

• [Publications] O.Inoue: "Focusing Shock Waves Generated by an Accelerating Projectile" Fluid Dynamics Research. Vol.21,No6. 403-416 (1997)
• [Publications] O.Inoue: "A Parallel Unstructured Mesh Adaptation for Unstedy Compressile Flow Simulation" Proceedings of Parallel CFD-97. (in press). (1997)
• [Publications] O.Inoue: "Formation of Vortex Rings in Helicopter Roter Flow Fields" Proc.IUTAM Symp.Identification of Organized Structures. (in press). (1997)
• [Publications] O.Inoue: "Calculations of Vortex Ring States and Autorotation in Helicopter Roter Flow Fields" AIAA Paper 97-1847,28th AIAA Fluid Dynamics Conference. 1-9 (1997)
• [Publications] O.Inoue: "A Simple and Efficient AMR Procedure for Distributed-Memory Parallel Computers" Proceedings of International Conference on Fluid Engineering. 633-638 (1997)
• [Publications] O.Inoue: "Navier-Stokes Simulation of Forced/Unforced Far Wakes" Proceedings of International Conferece on Fluid Engineering. 743-746 (1997)
• [Publications] 井上 督: "渦輪の斜め衝突に伴う空力音の直接数値計算" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 123-124 (1997)
• [Publications] 井上 督: "渦対の衝突により発生する音の直接数値計算" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 127-128 (1997)
• [Publications] 井上 督: "渦輪の衝突により発生する空力音への非対称性の影響" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 125-126 (1997)
• [Publications] O.Inoue: "Shock Wave Focusing by a Moving Obstacle" AIAA Paper 96-2006. 1-11 (1996)
• [Publications] 井上 督: "円柱後流におけるカルマン渦列の遷移" 日本流体力学会年会'96講演論文集. 51-52 (1996)
• [Publications] 井上 督: "衝撃波と渦の干渉による音の発生" 日本流体力学会年会'96講演論文集. 275-276 (1996)
• [Publications] O.Inoue: "Acoustic Waves Generated by Shock-Vortices Interactions" Proceedings of 21th International Symposium on Shock Waves. (in press). (1997)
• [Publications] O.Inoue: "Acoustic Sound Generated by Collisions of Two Vortex Rings" Proc.of IUTAM Symposium on Dynamics of Slender Vortices. (in press). (1997)
• [Publications] 井上 督: "火炎と衝撃波の干渉によるRichtmyer-Meshkov 不安定" 平成8年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 77-80 (1997)
• [Publications] 井上 督: "衝撃波と対の渦の干渉" 平成8年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 469-472 (1997)
• [Publications] 井上 督: "渦輪の衝突により発生する音の直接数値計算" 第29回流体力学講演会講演集. 101-104 (1997)
• [Publications] 井上 督: "衝撃波と渦対の干渉による音の発生" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 121-122 (1997)
• [Publications] 井上 督: "物体の運動に伴う衝撃波の収束" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 181-182 (1996)
• [Publications] 井上 督: "解適合非構造格子を用いた流体解析の並列処理" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 260-261 (1996)
• [Publications] 井上 督: "渦輪の衝突による音の発生" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 56-57 (1996)
• [Publications] 井上 督: "円柱後流の人工制御" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 19-21 (1996)
• [Publications] 井上 督: "衝撃波と渦の干渉の数値解析" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 34-35 (1996)
• [Publications] 井上 督: "吸い込みによる剪断流制御" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 136-137 (1996)
• [Publications] 福西 祐: "静止流体中の回転球に沿う境界層の安定性" 日本機械学会論文集B編. 63巻610号. 1895-1901 (1997)
• [Publications] Y.Fukunishi: "Active Control of a Separation-Reattachment Flow after a Step" Proc.Int.Conf.Fluid Eng.,JSME Centennial Grand Congress. Vol.2. 907-912 (1997)
• [Publications] 福西 祐: "微小振動装置によるトルミーン-シュリヒティング波の3次元化過程の制御" 日本機械学会論文集. 63巻613号. 2952-2956 (1997)
• [Publications] Y.Fukunishi: "Artificial Control of T-S Waves in Boundary -Layer Transition" JSME Int.J.Series B. Vol.40,No.4. 907-912 (1997)
• [Publications] Y.Fukunshi: "Linear Stability Theory of Boundary Layer on a Sphere Rotating in Still Fluid" Proc.7th Asian Cong.Of Fluid Mech.,. Vol.1. 355-358 (1997)
• [Publications] 福西 祐: "渦場による音波の変形の数値シュミレーション" 日本航空宇宙学会北部支部1998年講演論文集. 33-36 (1998)
• [Publications] 福西 祐: "T-S波の3次元化過程の制御" 日本流体力学会誌「ながれ」,日本流体力学会年会'96講演論文集. 15. 43-44 (1996)
• [Publications] 福西 祐: "前向きステップにおけるはく離再付着流の能動制御" 日本機会学会論文集. 63巻605号. 76-81 (1997)
• [Publications] 福西 祐: "静止流体中の回転球に沿う境界層の安定性" 日本機械学会論文集. 63巻610号. 1895-1901 (1997)
• [Publications] 福西 祐: "境界層遷移におけるT-S波の3次元化過程を励起する試み" 日本機械学会論文集. 63巻607号(印刷中). (1997)
• [Publications] A.Sasoh: "The reflection of shok wave over a cone." Shock Waves. 6. 267-273 (1996)
• [Publications] A.Sasoh: "Hollow projectile operation in the ram accelerator." J.Propulsion and Power. 12. 1183-1186 (1996)
• [Publications] A.Sasoh: "Ram Accelerator Analysis in Thermally Choked and Transdetonative Proulsive Modes." Trans.Japan Soc.Aero.and Space Science.40. 130-148 (1997)
• [Publications] A.Sasoh: "Attenuation of weak shock waves along pseudo-perforated walls" Shock Waves. in press (1998)
• [Publications] 佐宗章弘: "高速列車トンネル突入による圧縮波の衝撃波への遷移" 日本機械学会論文集. 63. 3944-3951 (1997)
• [Publications] 佐宗章弘: "ラム加速機の始動過程に関する実験研究" 日本航空宇宙学会誌. 46. 37-45 (1997)
• [Publications] Y.Ju: "Numerical Slimulation of Secondary Combustion of Hydrogen" AIAA Journal. 35. 1441-1447 (1997)
• [Publications] Y.Ju: "On the eztinction limit of non-adiabatic stretched premixed flames" Journal of Fluid Mechanics. 342. 315-334 (1997)
• [Publications] じゅ 詒光: "伸長するメタン空気対向流拡散火炎のNOxの生育機構に関する研究" 日本機械学会論文集(B)編. 62. 2854-2860 (1996)
• [Publications] Y.Ju: "Numerical Study of Detonation Initiation by a Supersonic Sphewe." Trans.Japan Soc.Aero.and Space Science.40. 19-29 (1997)
• [Publications] 服部裕司: "ヘリコプター・ロータまわりの流れ-渦輪状態とオートローテ-ホション-" 日本流体力学会年会'96講演論文集. 277-278 (1996)
• [Publications] 服部裕司: ヘリコプター・ロータまわりの流れの数値シュミレーション. 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 454-455 (1996)