格子ボルツマン法を基とした流体音の直接数値計算手法の確立

• 研究課題/領域番号: 17760143
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 片岡 武 神戸大学, 工学部, 助教授 (20273758)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2006年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2005年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 流体音 / 直接計算 / 数値計算法

研究概要

昨年度は、差分格子ボルツフン法による空力音の直接計算の計算格子として新たに有限体積法を導入することで精度向上を測った。つまり、流体の圧縮性を考慮した格子ボルツマン法である熱流体モデルに対して、有限体積法を適用し、エオルス音の発生メカニズムについて検証するとともに、層流流れの基本的な音場を直接計算した。本年度は、流れが乱流である場合をとり扱った。実際、空力騒音の抑制をはじめとする工学的問題において乱流場の音の現象を捉えることは非常に重要になってきている。ただ最初から直接計算によって音波の乱流流れを捉えることは難しいため、まずは乱流モデルを導入することにした。スマゴリンスキーモデルを差分格子ボルツマン法に組み込んだモデルを提案し、乱流および空力音の数値計算を行った。計算対象としては、角柱周りの乱流計算および空力音の計算、自動車のフロントピラー部をモデル化したウェッジボックス周りの流れの数値計算をおこなった。
その結果、前者に対しては平均流速や変動速度などの乱流統計量に関しては実験結果と若干異なる結果となったが、角柱から発生する音波の周波数特性については、変動のピークにおけるストローハル数や広帯域における変動において実験値との定性的な一致が確認できた。また後者のウェッジボックス周りの乱流計算に対しては、流れの再現性について乱れの非等方性を有する旋回流の再現ができるなど、良好な結果が得られた。しかし、ウェッジボックス側面部の圧力変動の周波数特性は特に高周波数俗において再現できなかった。この原因としては格子解像度の不足が考えられ、今後格子数を増やして計算を行うことで改善できると考えられる。以上の結果より、乱流場における音の直接数値計算コードを完成させる土台ができたものと考えている。