LESによる音場解析に基づく空調機器の騒音低減の研究

• 研究課題/領域番号: 09555065
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 三宅 裕 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029005)
• 研究分担者: URSULA BUECK 山洋電機(株), メカトロニクス研究所, 主任研究員 ; 黒河 通広 山洋電機(株), メカトロニクス研究所, 主任研究員 ; 太田 貴士 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10273583) ; 辻本 公一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10243180) ; 梶島 岳夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30185772) ; BUECKLE Ursula Sanyo Electric Co., Ltd.Chief Researcher ; URSULA Bueck 三洋電機(株), メカトロニクス研究所, 主任研究員 ; 黒川 通広 三洋電機(株), メカトロニクス研究所, 主任研究員 ; BUECKLE Ursu 三洋電機(株), メカトロニクス研究所, 主任研究員
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 10,900千円 (直接経費: 10,900千円); 1998年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円); 1997年度: 7,100千円 (直接経費: 7,100千円)
• キーワード: 乱流 / LES / DNS / 空力騒音 / 空調機器 / SGSモデル / 数値流体力学 / 騒音

研究概要

空調機器周りの複雑乱流場解析のために、任意形状のための一般座標系による高次精度差分スキームを開発した。波状流路内乱流場のDNSを行い、乱流統計量やエネルギ収支が精度よく求められ、提案するスキームの有効性が確認された。また、このデータベースを利用して、剥離流れにおけるLESのSGSモデルの検証を行い 一般化垂直応力モデル(GNSモデル)が比較的剥離流れの予測精度が高いことを示した。
実用計算での高レイノルズ数の流れに対応するために、一方程式モデルを拡張したLESを単独翼周りの流れに適用し、実験結果を精度よく再現する結果を得た。以上から、これら高次精度差分スキームと一般化垂直応力モデル及び拡張LESモデルの組み合わせによって高精度な空力音源計算が可能であることを示した。
一方、騒音発生のメカニズムを明らかにし、乱流渦を音源とする広帯域騒音の低減するためには、適当な音源指標の定式化が必要となる。そこでHardinらの提案する低マッハ数流れの直接解法により二次元キャビティ流れ、回転渦音の流れ場からの発生音を計算し、音源項の検討を行った。その結果、壁遠方への伝播性音に寄与する音源は圧力の2階時間微分項の強い領域で特定されることを明らかにした。
この音源指標を基づき、壁近傍乱流場から発生する音場について検討を行った。音源構造と壁近傍渦構造の可視化を行った結果、壁近傍での強い音源構造は流れ方向に軸を持つ微細渦構造(縦渦)が群性化した領域に現れること、また、その上部にはヘアピン渦程度の大規模低圧構造に関連する強い音源が存在することがわかった。また、音場の直接計算を行った結果、壁から比較的離れた位置で大規模な泡状の音場が分布すること、広帯域騒音場でも独自の音場構造が形成されることを確認した。
さらに、壁近傍で微細渦構造の発生を抑制する乱流制御を行い、音源強度と壁遠方場の音圧強度を評価した。その結果、壁近傍構造の抑制は遠方場の音圧レベルを下げ、壁乱流制御のスキームが広帯域騒音の低減に有効であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] 三宅 裕: "先端すきまのある静止直線翼列の流れの三次元数値シミュレーション" 日本機械学会論文集 B編. 63巻616号. 3928-3935 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 三宅 裕: "先端すきまのある軸流動翼の流れの三次元数値シミュレーション" 日本機械学会論文集 B編. 63巻616号. 3936-3943 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 梶島 岳夫: "コロケート格子による非圧縮流れの高次差分解析" 日本機械学会論文集 B編. 63巻614号. 3247-3254 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 梶島 岳夫: "Direct and Large-Eddy Simulation of Turbulent Flow with Separation in a Wavy Channel" Turbulence,Heat and Mass Transfer 2,eds.K.Hanjalic & T.W.J.Peeters,Delft Univ.Press. 431-440 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 辻本 公一: "Identification of Noise Source in Low Mach Number Flow by DNS" AIAA paper. No.98-2366. 166-173 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 三宅 裕: "3-D Simulation of Rotating and Stationary Cascade in Stall" ASME Fluid Engineering Division (CD-ROM). Vol.245 No.4877. (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 太田 貴士: "DNS of Turbulent Flow in a Wavy Channel" JSME Int.J.,Ser.B. Vol.41,No.2. 447-453 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 梶島 岳夫: "High-Order Finite-Difference Method for Incompressible Flows using Collocated Grid System" JSME Int.J.,Ser.B. Vol.41,No.4. 830-839 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Miyake, Y., Nakada, K.: ""3-D Simulation of Rotating and Stationary Cascade in Stall"" Proc.5th Asian Int.Conf.on Fluid Machinary. 543-550 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Miyake, Y., Kajishima, T., Ohta, T.: ""DNS of Turbulent Flow in a Wavy Channel"" Proc.JSME Centennial Grand Congress, Int.Conf.on Fluid Eng., Tokyo. 1265-1270 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kajishima, T., Ohta, T., Miyake, Y.: ""Direct and Large-Eddy Simulation of Turbulent Flow with Separation in a Wavy Channel"" Turbulence, Heat and Mass Transfer 2, eds.K.Hanjalic & T.W.J.Peeters, Delft Univ.Press.431-440 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tsujimoto, K., Hayashi, A., Miyake, Y.: ""Identification of Noise Source in Low Mach Number Flow by DNS"" AIAA paper. NO.98-2366. (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Miyake, Y., Nakada, K.: ""3-D Simulation of Rotating and Stationary Cascade in Stall"" ASME FED. Vol.245(CD-ROM) Paper No.4877. (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ohta, t., Miyake, Y., Kajishima, T.: ""DNS of Turbulent Flow in a Wavy Channel"" JSME Int.J.Ser.B.Vol.41, No.2. 447-453 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kajishima, T., Ohta, T., Okazaki K., Miyake, Y.: ""High-Order Finite-Difference Method for Incompressible Flows using Collocated Grid System"" JSME Int.J.Ser.B.Vol.41, No.4. 830-839 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Takeuchi, S., Miyake, Y., Kajishima, T., Tsujimoto, K.: ""Study of the Structure of Turbulent Round Jet by the Direct Numerical Simulation"" Proc.4th KSME-JSME Fluid Eng.Conf., Pusan. 561-564 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Bueckle, U., Kurokawa, M., Nasako, K.Osimo, M.: ""Towards the Prediction of Aerodynamic Noise Radiated from Unsteady Turbulent Wakes (Part I.Large Eddy Simulation of Low Mach Number Flow Around Conventional Airfoils)"" Prep.11th JSME Computational Mechanics Division. 249-250 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K.Hayashi, A.: ""Numerical Simulation of Acoustic Field Radiated from Wall Turbulence"" Proc.Third Asian Computational Fluid Dynamics Conf.166-175 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.MIYAKE: "Numerical simulation of acoustic field radiated from wall turbulence" Proc.Third Asian Computational Fluid Dynamics Conf.166-175 (1998)
• [文献書誌] K.TSUJIMOTO: "IDENTIFICATION OF NOISE SOURCE IN LOW MACH NUMBER FLOW BY DNS" Proceedings 4th AIAA/CEAS Aeroacoustic Conference. 938-936 (1998)
• [文献書誌] 三宅 裕: "直接シミュレーションによる壁乱流からの空力騒音に関する研究" 第48理論応用力学講演会講演論文集. 417-418 (1999)
• [文献書誌] Kajishima,T.: "High-Order Finite-Difference Method for Incompressible Flows using Collocated Grid System" JSME Int.J.,Ser.B. 41-4. 41-44 (1998)
• [文献書誌] Takeuchi,S.: "Study of the Structure of Turbulent Round Jet by the Direct Numerical Simulation" Proc.4th KSME-JSME Fluid Eng.Conf.,Pusan. 561-564 (1998)
• [文献書誌] U.Bueckle: "Towards the Prediction of Aerodynamic Noise Radiated from Unsteady Turbulent Wakes(Part I.Large Eddy Simulation of Low Mach Number Flow Around Conventional Airfoils)" 第11回計算力学講演会講演論文集. 249-250 (1998)
• [文献書誌] 三宅 裕: "先端すきまのある静止直線翼列の流れの三次元数値シミュレーション" 日本機械学会論文集 B編. 63-616. 3928-3935 (1997)
• [文献書誌] 三宅 裕: "先端すきまのある軸流動翼の流れの三次元数値シミュレーション" 日本機械学会論文集 B編. 63-616. 3936-3943 (1997)
• [文献書誌] 林 篤史: "低マッハ数における空力音の音源解析" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 117-118 (1997)
• [文献書誌] 竹内伸太郎: "DNSによる円形噴流の空力音の基礎的研究" 日本機械学会講演論文集. 974-2. 96-97 (1997)
• [文献書誌] 梶島岳夫: "コロケ-ト格子による非圧縮流れの高次差分解析" 日本機械学会論文集 B編. 63-614. 3247-3254 (1997)
• [文献書誌] 梶島岳夫: "Direct and Large-Eddy Simulation of Turbulent Flow with Separation in a Wavy Channel" Turbulence,Heat and Mass Transfer 2(eds.K.Hanjalic & T.W.J.Peeters),Delft Univ.Press. 431-440 (1997)