2018 Fiscal Year Research-status Report

Numerical analysis of noise suppression by asymmetric helical modes combination in a supersonic jet.

Research Project

Project/Area Number	18K03945
Research Institution	University of Toyama
Principal Investigator	渡邊大輔富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 講師 (70363033)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	超音速ジェット / マッハ波 / 騒音低減 / 線形安定性解析 / DNS
Outline of Annual Research Achievements	超音速ジェットから放射されるマッハ波低減を目的にM=2.0, Re=2000における超音速円形ジェットの線形安定性解析およびDNSを実行し以下のことを確認した．・ヘリカルモードにおいて，せん断層厚さが薄くなると，最大成長率を示す振動数における位相速度が亜音速となる周方向波数は増加する．・流入撹乱としてランダム撹乱にヘリカルモードペアを加えると，ヘリカルモードの周方向波数が高くなるに従いジェットの拡散が緩慢になるが，放射される圧力変動レベルは低下する． M=2.0, Re=1000の超音速円形ジェット流入部に第三ヘリカルモードに相当する単一速度成分のみを流入撹乱として与えたDNSを実行し，どの速度成分が最も効率的にジェットに受容させれるかを調査することを目的にDNSを実行し以下のことを確認した．・エネルギーの増幅結果よりux成分のみのケースと比べuθ，ur成分のみの流入撹乱は第三ヘリカルモードとしてジェットへ受容性されやすい．・固有関数やux成分のみのケースと比べuθ，ur成分のみの流入撹乱は小さなエネルギーでジェットの拡散を促進させる．・uθ;，ur成分のみの流入撹乱は，ux成分のみと比べジェットからの圧力変動が大きくなるが，強い圧力変動は放射しない．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason M=2.0, Re=2000の超音速ジェットにおいて、ランダム撹乱にヘリカルモードの異なる周方向波数の組み合せを加えた結果、振動数St=0.1のm=2,-4の組み合せは、これまで低減効果が最も高かったSt=0.1のm=3,-3と比べ0.5dB程度圧力変動レベルが低下することを確認した。また、振動数を高めたSt=0.14のm=3,-3およびSt=0.16のm=4,-4はSt=0.1のm=3,-3と比べ1dB程度圧力変動レベルが低下することを確認できたため。
Strategy for Future Research Activity	これまでは異なる周方向波数の組み合せを加える際、線形安定性解析において最も成長しやすい振動数を与えていたが、同一波数の組み合せにおいてより高い振動数で低減効果が高いことから、振動数を変化させ最も効果的な振動数及びヘリカルモードペアの組み合せを探る。また、マッハ数を変化させ効果的なヘリカルモードペアの圧縮性の影響についても調査する。
Causes of Carryover	GPU搭載ワークステーションの購入を見込んでいたが、最新のGPUボードGV100を既存マシンに組み込む方がパフォーマンスが高いため、最新ボードのみを購入した。その結果、来年度以降はスーパーコンピュータの利用ノード数を増やしより大規模な計算が行えることとなった。