壁乱流の構造と音場の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305018
• 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: 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)
• キーワード: Wall turbulence / Vortical system / Streaks / Turbulence noise / Rough wall / Noise propagation / Aeroacoustics / CAA

研究概要

壁近傍の音源、音場構造情報の普遍化を図るために、間隔の異なるリブを配置した二種類の粗面乱流場(d,k型)のDNSデータベースから、力学特性について検討した。リブ間隔が狭い場合、リブ上流側角部からキャビティ内部への巻き込みによるイベントが支配的で、リブ上部の渦の統計的性質や条件抽出された構造は滑面壁の場合と変わらず、リブが乱れ構造に与える影響が限定的であることを示した。一方、リブ間隔の広い場合、リブ上部では強いせん断層の巻き上がりが生じ、これが壁遠方からの強いイベントと関連し、リブ上部から遠方にいたる大規模構造の変調を引き起こす。同時にリブ上部の渦は滑面の場合と異なり、高迎角の姿勢をとることで高い乱流混合と強いレイノルズ応力の発生に寄与することを明らかにした。粗面場における騒音の増加を直接説明するにはいたらなかったが、このような壁近傍の渦構造の変調が関連することを示唆する結果を得た。また微細要素渦構造を精密に特定する渦芯同定スキームを構築し、比較的高いレイノルズ数流れ場のDNSデータベースから、壁から離れた位置での乱流構造を調べた。微細要素渦構造は統計的に低速部に集中して現われることが確認され、壁遠方では要素渦による強い圧力変動部分が集合化して生じる大規模でかつ構造性のある音源が特徴であることを示した。騒音制御のためには流れ場の個々の渦からの放射音特性と伝播性音を関連付けることが必要不可欠となる。乱流音の発生機構を要素還元化して考えるため、線形統計評価法により壁近傍場で統計的に抽出された渦対を時間発展させた際の放射音の計算を行った。強い要素渦の発達段階においては、徐々に放射音が強くなるわけではなく、ヘッド部が急成長する際にとくに強い放射音が発生すること、この様子は瞬時の流れ場においても観察され、強い音源構造の動的性質がより詳細に特定された。

研究成果

• [文献書誌] 梶島岳夫,瀧口智志,浜崎洋至,三宅裕: "渦放出を伴う粒子を含む鉛直平板間乱流の構造"日本機械学会論文集B編. 66・647. 1734-1741 (2000)
• [文献書誌] 三宅裕,辻本公一,佐藤範和,鈴木雄介: "壁近傍乱流における壁近傍層の乱流特性"日本機械学会論文集B編. 66・650. 2585-2592 (2000)
• [文献書誌] 辻本公一,三宅裕,佐藤範和: "溝乱流の遠方場の大規模構造について"日本機械学会論文集B編. 66・651. 2772-2779 (2000)
• [文献書誌] Miyake,Y.,Tsujimoto,K.,Sato,N.and Suzuki,Y.: "Structure of Turbulence in the Logarithmic Layer and its Mechanism"Advances in Turbulence VIII (Kluwer Academic Publisher). 655-658 (2000)
• [文献書誌] Miyake,Y.,Tsujimoto,K.and NAKAJI,M.: "Turbulence Mixing in a Rough-Wall Channel of Two-dimensional Square Rods"Abstract Book XX International Congress of Theoretical and Applied Machanics. 153-154 (2000)
• [文献書誌] Miyake,Y.,Tsujimoto,K.,Miyamo to,Y.and Ryo,T.: "A DNS of Acoustic Field emitted from a Near-Wall Turbulent Flow"7th AIAA/CEAS Aeroacoustic Conference. (発表予定). (2001)