| 研究課題/領域番号 |
16K06071
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
木綿 隆弘 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40225107)
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| 研究分担者 |
小松 信義 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (20436827)
河野 孝昭 金沢大学, サステナブルエネルギー研究センター, 准教授 (90630921)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 噴流 / 非円形多孔ノズル / タブ / 渦干渉 / パッシブ制御 / 空力騒音 / 流体計測 / 数値流体解析 |
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| 研究実績の概要 |
円孔が多数開いた整流用多孔板（パンチングメタル）は、送風機出口や吸込側のフィルターや安全カバー、ベランダの目隠しや防風柵等として使用されている。この多孔板に空気が通過する際には流体騒音が生じ、シューッという風切り音が問題となる。本研究では、複数個の噴流が集まった流れ場の３次元的渦干渉による混合拡散効果を解明し、渦相互の干渉による早期混合拡散効果を利用した広帯域周波数特性を有する多孔板の穴形状(径違い円形、楕円形等、配列パターン)を特定し、穴加工時のバリ利用を想定した３次元的な突起ノズル形状を組み合わせることで、最適な穴形状の配列パターンを採用した流体騒音が小さい整流用多孔板を開発する。
今年度は、薄い平板に穴加工した円形複数噴流の３次元的な流れ場の計測を行い、主に、６行×６列の円形多孔噴流の穴間隔を変えることによる開孔率変化の影響を明らかにした。その結果、円形ノズルの直径ｄと穴の中心間隔L、ノズル出口流速Ubで無次元化を行うことで、流れ特性が整理できることを明らかにした。すなわち、ノズル出口に近い領域においては、ｙ座標を、穴間隔Lで無次元化した場合に概ね速度分布が一致することを示した。しかし、下流においては、穴間隔Lが小さい方が、噴流相互の干渉が初期段階で生じて合流して、複数噴流の縮流割合は大きいが、比較的フラットな速度分布を形成するため、合流後の噴流速度の減衰が遅くなることを明らかにした。また、流れ構造を調べるための数値流体解析の計算格子の準備、および騒音計測の測定胴の改造も平行して実施した。以上の結果は、平成２９年８月に日本大学駿河台キャンパスで開催されるThe 4th Symposium on Fluid-Structure-Sound Interactions and Control にて報告する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
現有の小型風洞装置を利用して多孔噴流装置に改造をしたが、トラバース装置の新規作成・導入と流れ場との座標軸との調整、ノズルからの噴出した流れ場の対称性、自己保存性の確認などに、予定していた以上に時間を費やした。さらに、実験装置の準備のため、数値流体解析の方の準備に時間を割くことも余りできなく、全体としてやや遅れている。予定したノズル形状の多孔板の加工は終わり、実験装置が整ったため、現在、ノズル形状を変えた計測を行ってデータの解析を行っている。平成２９年５月までには結果が得られ、今年度中に遅れを取り戻すことは可能である。
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| 今後の研究の推進方策 |
２年目の平成２９年度は、昨年度に積み残した千鳥・並行配列の影響、直径の大小の組合せの影響を５月中に調べる。それらの結果で、効果が出た円形孔における配列パターン、開孔率を基準として、楕円形孔ノズルを設計し、長軸短軸の方向、軸径の大小の組み合わせ等の影響を調べる。つまり、楕円噴流の渦輪の非均一性の三次元的効果に着目する。具体的には、
（１）楕円形多孔空気噴流の流れ特性と騒音計測において、ステンレス板で楕円形多孔板を製作し、Ｘ形熱線プローブとPIVにより、楕円噴流群の速度・乱れ分布と渦構造との対応を調べ、穴の配列、長軸短軸の方向、軸径の大小の組み合わせの影響を明らかにする。さらに、楕円多孔板における流体騒音の騒音レベルの変化、スペクトル分布、音源を、低騒音風洞装置において調べる。
（２）数値解析による楕円形多孔噴流の渦構造と音場の把握において、実験で特徴がある多孔板の条件で、ANSYS Fluentなどを用いて、層流と乱流(k-ε及びLES)領域における非定常３次元の数値解析を行い、実験データと比較検討し、渦構造と騒音発生源について明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
多孔ノズル製作用のステンレス板を３月に購入したが、予定した金額よりも、安価になったため、会計処理上、最終的に2106円の残金が発生した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成２９年度の実験を行う際の装置作成費用の一部として使用する。
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