壁乱流の構造と音場の研究

2001 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

壁乱流の構造については今年度は粗面壁溝乱流と壁遠方場の乱流構造の研究を行った。粗面壁乱流はリブ粗さの溝乱流のDNS結果を詳細に解析し、粗さの流れに対する効果の基本的特性が、粗さ要素の圧力抗力と、壁面および粗さ要素の摩擦圧抗力の割合によって決まることを見出した。対数域を含む上方の壁遠方場ではこれらの抗力の総和と流れ場の幅で決まる量に対して良い相似性が成り立つが、近傍場では総抗力と動粘性係数で作られる壁関数は相似化のための規範量にならないことがわかった。壁遠方場の乱れを決める特性を調べるために遠方場のミニマルチャンネルのDNSを行った。通常は流れの垂直方向幅程度のスケールを持つ大規模縦渦が支配的であるが、スパン方向幅の狭い溝でこれを許容できなくするとスパン方向に軸を持つ横渦が支配的になり、乱れが低下することがわかった。したがって、大規模縦渦を制約する制御が出来れば抗力低減のために有効であることが確かめられた。
壁乱流の空力音の解析では音源場と音場を分離し,音場に高精度解法を用いて放射音をDNSで求めた。その結果、乱流騒音に寄与するの渦は選択的で、ヘアピン渦が圧倒的に大きいことがわかった。その中でも、ヘアピン渦のヘッドが形成される瞬間に大きな音の放射が生じる。また、音源場の音圧変動に比べて放射される音の強さは著しく小さいことも確かめられた。しかし、音源場と音場を分離する方法では音源場の境界の扱いが精度に大きく影響し、その対策が今後の課題になることが確かめられた。

研究成果

• [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K., MIYAMOTO, Y., RYO, T.: "A DNS of Acoustic Field Emitted from a Near-Wall Turbulent Flow"Proc. 7th AIAA/CEAS Aeroacoustic Conference. 2001-2134 (2001)
• [文献書誌] 漁哲司, 三宅 裕, 辻本公一: "壁乱流場の音の発生機構"壁乱流場の音の発生機構. 42 (2001)
• [文献書誌] 永井尚教, 三宅 裕, 辻本公一: "リブ粗さ近傍における組織渦生成に関する解析"日本機械学会 流体工学部門講演会 講演論文集. No.01-3. 148 (2001)
• [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K., RYO, T.: "Noise emitted from wall turbulence"Proc. First Int. Symp. on Advanced Fluid Information. 427-432 (2001)
• [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K., Nakaji, M.: "Direct numerical simulation of rough-wall heat transfer in a turbulent channel flow"Int. J. Heat and Fluid Flow. 22. 237-244 (2001)
• [文献書誌] 三宅裕, 辻本公一, 中地克: "粗面溝乱流温度場の高解像度数値シミュレーション"日本機械学会論文集B編. 67-658. 1360-1366 (2001)