渦・熱及び衝撃波の相互作用による音の発生とその制御

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455086
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 井上 督 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (00107476)
• 研究分担者: 服部 裕司 東北大学, 液体科学研究所, 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, 液体科学研究所, 助教授 (40215752) ; 福西 祐 東北大学, 工学部, 助教授 (60189967)
• キーワード: 渦制御 / 衝撃波 / 新幹線騒音 / トンネル騒音 / ヘリコプタ騒音 / 燃焼流 / 乱流 / 音波

研究概要

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の音波が発生すること、(2)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を明らかにした。。現在当計算方法を衝撃波が対の渦(二個の渦)と干渉する場合に拡張すべく努力中である。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、音の発生に関する有用な知見を得た。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、騒音軽減策を立案するための新しい知見を得た。じゅは、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づれの場合にも、いわゆるリヒトマイヤ・メッシュコフ不安定性が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高精度の計算コードを用いてナビエ・ストークス方程式を解くことにより調べ、(1)2つの音波が発生すること、(2)いづれの音波も四重極性を有するが、その極性は互いに逆であること、等を明らかにした。以上の結果より本研究計画は全般的に当初の計画どうりに振興しているといって良いと判断される。購入された備品はプログラムの修正、計算結果の可視化、等に有効に利用されている。

研究成果

• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] O. Inoue: "Shock Wave Focusing by a Moving Obstacle" AIAA Paper 96-2006. 1-11 (1996)
• [文献書誌] 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て講演論文集. 51-52 (1996)
• [文献書誌] 井上 督: "衝撃波と渦の干渉による音の発生" 日本流体学会年会'96て講演論文集. 275-276 (1996)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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" 日本機械学会論文集. 63巻605号. 76-81 (1997)
• [文献書誌] 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607号(印刷中). (1997)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] A. Sasoh: "The reflection of shock wave over a cone" Shock Waves. 6. 267-273 (1996)
• [文献書誌] A. Sasoh: "Hollow projectile operation in the ram accelerator" J. Propulsion and Power. 12. 1183-1186 (1996)
• [文献書誌] A. Sasoh: "Ram accelerator analysis in thermally choked and transdetonative proulsive modes" Trans. Japan Soc. Aero. and Space Science. (in press). (1997)
• [文献書誌] A. Sasoh: "Attenuation of weak shock wave in high-speed train tunnels" JSME Int J,. (in press). (1997)
• [文献書誌] 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. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] 佐宗章弘: "ラム加速機の始動過程に関する研究" 日本航空宇宙学会誌. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] 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. 314- (1996)
• [文献書誌] Y. Ju: "Numerical Study of Detonation Initiation by a Supersonic Sphere" Trans. Japan Soc. Aero. and Space Science. 40(in press). (1997)
• [文献書誌] 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ーション-" 日本流体力学会年会'96講演論文集. 277-278 (1996)
• [文献書誌] 服部裕司: "ヘリコプター・ロータまわりの流れの数値シミュレーション" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 454-455 (1996)