放射状不足膨張噴流における騒音発生メカニズムの解明

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750154
• 研究機関: 東京都立工業高等専門学校
• 研究代表者: 遠藤 正樹 東京都立工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (80259837)
• キーワード: 不足膨張噴流 / 放射状噴流 / 衝撃波 / 噴流境界 / 衝突噴流 / 渦 / 騒音 / 可視化

研究概要

工業上多用されている不足膨張噴流からの騒音の発生メカニズムを解明することが本研究の目的である。超音速噴流は近年の産業機械の随所に見られ、その発達にこの種の噴流の研究は欠かせない。特に、工業上生じる噴流は非定常な挙動を示す不足膨張噴流の場合が多く、国内外において多くの研究がなされている。しかしながら、噴流の振動およびそれに伴う騒音に関しては、未解明な点が多い。従来行われているこの種の研究対象は、主に円形あるいは矩形のノズルより噴出される不足膨張噴流であり、実験および数値計算により解析がなされてきた。これまでの研究により、騒音の発生と噴流の挙動が密接に関係していることが指摘されている。そこで、噴流内の衝撃波および噴流境界に生じる渦の挙動と騒音との関係を詳細に把握するために、放射状の不足膨張噴流を発生させ流れ場を実験的に解析した。また、このような噴流をTVD法により数値的に解析し、実験結果と比較検討を行った。
平成13年度における本研究と同様に、円形ノズル(ノズル直径:D=12mmスリット幅:L=2mm)を用いて放射状不足膨張噴流を発生させ流れ場の可視化を行った。可視化には、シャドウグラフ法およびシュリーレン法を用いた。可視化結果より、噴流中に発生する弓形衝撃波や噴流より発生する音波を確認することができた。また、閃光時間を変化させた可視化により、放射状不足膨張噴流は渦が支配的な流れ場である事や発生するセルの大きさが下流に進むに連れて双曲的に小さくなることが確認された。
実験で確認された放射状不足膨張噴流の構造上の特徴をTVD法を用いた数値シミュレーションにより再現することができた。また、スリットノズルの曲率D/Lを変化させシミュレーションを行い、矩形ノズルより噴出する不足膨張噴流の構造(G.Ramanらの実験結果およびC.K.W.Tamの理論解析)と比較した。D/L>100において良い一致を示した。

研究成果

• [文献書誌] 遠藤正樹, 岩本順二郎: "遷音速脈動噴流における渦と衝撃波の挙動に関する研究"日本機械学会論文集 B編. 69-677. 45-52 (2003)
• [文献書誌] 遠藤正樹, 榊原洋子, 岩本順二郎: "不足膨張噴流に関する研究"数理科学会流第21回体科学講演会講演論文集. No.21. 25-26 (2002)
• [文献書誌] 榊原洋子, 遠藤正樹, 岩本順二郎: "非定常超音速噴流の数値解析"数理科学会流第21回体科学講演会講演論文集. No.21. 27-28 (2002)
• [文献書誌] 榊原洋子, 遠藤正樹, 岩本順二郎: "放射状不足膨張噴流の構造に関する研究"日本機械学会関東支部ブロック合同講演会講演論文集. No.020-2. 75-76 (2003)
• [文献書誌] 榊原洋子, 遠藤正樹, 岩本順二郎: "曲率を有するスリットノズルより噴出する不足膨張噴流に関する研究"日本機械学会関東支部第9期総会講演会講演論文集. No.030-1. 329-330 (2003)