連続的な衝撃波の放出によって誘起される脈動噴流に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750133
• Research Institution: Tokyo Metropolitan College of Technology
• Principal Investigator: 遠藤 正樹 東京都立工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (80259837)
• Keywords: 衝撃波 / 渦 / 噴流境界 / 騒音 / 密度波 / 脈動噴流 / 非定常噴流 / 不足膨張噴流

Research Abstract

近年、往復式内燃機関の排気管から生じるバリ音が騒音問題として注目を集めている。排気管内の流れは、排気バルブの開閉により誘起された圧縮波および膨張波を伴っている。管内を伝播する圧縮波の一部は比較的弱い衝撃波へと遷移し、その衝撃波が排気管管端部から大気中へと伝ぱする際に騒音が発生することが指摘されている。しかし、その発生メカニズムは、未だ完全には解明されていない。
衝撃波を伴った圧縮波は周期的に管端部より大気中へ放出される。衝撃波背後には、渦輪および不足膨張噴流が周期的に形成され、それらは次に放出される衝撃波と干渉する。そこで、排気騒音の発生要因を単に衝撃波の遷移によるスパイク波のみでなく、渦輪や非定常噴流と衝撃波との干渉という観点から明らかにすることを目的とする。
排気脈動の1周期に注目し、排気噴流をモデル化した。コンプレッサーより誘起された定常流と無隔膜衝撃波管(内径Φ13mm、長さ3m)より誘起される非定常流れを集合管で合流させることにより、管端部下流において定常噴流と比較的弱い衝撃波(マッハ数が1.1程度)とを干渉させた。また、このような流れ場を数値計算を用いて解析し、実験結果と比較検討した。その結果以下のような結論を得た。
非定常亜音速噴流と衝撃波の干渉により衝撃波は円錐状に伝播し、その背後には、円錐状の密度波を確認することができた。この密度波の振幅は比較的小さく概ね周期的に発生していることがわかった。その構造は複雑であり、放出された衝撃波によって誘起された渦から放出されている波と噴流境界と衝撃波の干渉により生じた波により構成されているものと考えられる。また、数値計算により噴流境界と衝撃波の干渉により生じる密度波の形成過程が確認され、噴流境界の構造と密度波の発生が密接に関係していることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] M. Endo and J. Iwamoto: "Flow Field Associated with Shock Waves Successively Discharged from Pipe End"Proceedings of the 1998 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting. FED-Vol.245. 1-6 (1998)
• [Publications] 遠藤正樹,岩本順二郎: "衝撃波を伴う非定常噴流"日本機械学会流体II学部門講演会講演論文集. No.98-15. 343-344 (1998)
• [Publications] 遠藤正樹,岩本順二郎: "衝撃波によって誘起される非定常噴流"日本機械学会第76期全国大会講演論文集. No.98-3. 233-234 (1998)
• [Publications] 遠藤正樹,岩本順二郎: "衝撃波と非定常噴流の干渉"日本機械学会北陸信越支部第36期総会・講演会講演論文集. No.997-1. 347-348 (1999)
• [Publications] M. Endo and J. Iwamoto: "Interaction of Shock Wave with Unsteady Jet"Proceedings of the 3rd ASME・JSME Joint Fluids Engineering Conference. FED-Vol.248. 1-6 (1999)
• [Publications] 村田健一郎,遠藤正樹,岩本順二郎: "噴流と衝撃波の干渉に関する研究"数理科学会論文集. Vol.1 No.1. 35-39 (2000)
• [Publications] 村田健一郎,遠藤正樹,岩本順二郎: "噴流と衝撃波の干渉によって誘起される流れ場に関する研究"日本機械学北陸信越支部第37期総会・講演会講演論文集. No-007-1. 265-266 (2000)