研究課題
基盤研究(B)
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。
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