| 研究課題/領域番号 |
25820048
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
山田 和豊 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00344622)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 乱流騒音 / 直接同時解析 / 格子ボルツマン法 / ターボ機械 / 空力音 |
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| 研究実績の概要 |
ファン等の空力騒音が問題となっている流れ場は低速であることが多く，空力騒音解析には流れ場と音場を分離して解析する分離解法と呼ばれる手法が一般に用いられる．しかし，分離解法では，音の散乱，反射，放射の効果を考慮できないため，問題となる高周波数の乱流騒音に関して定量的な予測が難しい．このような空力騒音の予測には，音響解析が要求され，流れ場および音場の直接計算が有効である．しかしながら，直接計算は，計算規模が大きいことに加え高い計算精度が要求されるため，実現が困難とされる．
本研究では，上述のような空力騒音の直接解析の計算手法として，格子ボルツマン法に着目する．格子ボルツマン法は，高速並列計算により大規模計算が可能であり，低速流れであっても高精度に計算できることから，空力騒音の直接解析への応用が期待される．そこで，実問題について流れ場および音場の超大規模直接計算を実施し，格子ボルツマン法の有効性および予測精度を検証する．
最終的な解析対象となる低速の半開放型プロペラファンにおいては，広帯域騒音が発生するため，高周波数の乱流騒音の予測が重要となる．そこで，高周波数乱流騒音の予測精度について着目し，本計算手法の検証を実施する．本年度は，低速ファンの空力騒音について直接解析を実施する前段階として，問題を単純化した検証を行った．空力音だけでなく流れ場についても実験データが豊富な二次元翼（翼形状は二次元だが計算は三次元）を対象に，格子ボルツマン法による直接計算を実施した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ファン騒音は広帯域騒音であるため，定量的予測には高周波乱流音の解析が重要となる．高周波数の乱流音については，音響アナロジーを用いた分離解法による予測は困難であり，流れ場および音場の直接解析が要求される．流線形物体の付着流れから生じる広帯域騒音については，遷移現象を含め，境界層内の微細乱流渦まで解像して計算することが肝要である．そこで，まず検証問題として，二次元翼周りの流れから発生する広帯域騒音について実験結果と比較をした．その結果，剥離遷移流れを直接計算することで，高周波数まで音圧スペクトルを予測できることが確認された．また予定していた通り，格子ボルツマン法の粒子モデルの影響に関して，熱流体モデルとの比較検証を実施し，本モデルの妥当性についても確認した．次年度は，本研究課題の最終年度にあたり，半開放型プロペラファンの空力音解析について本計算を実施する．本年度は，そのファンの格子作成および試計算までを行い，次年度の本計算に向けた準備を完了した．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は，本研究課題の最終年度となる．これまでに開発された格子ボルツマン法の計算コードを用いて，半開放型プロペラファンの空力音解析について本計算を実施する．計算結果の検証として実験結果との比較を行い，必要に応じて追加計算を実施する．また，過去に実施したDESを用いた分離解法による解析結果と比較をし，本空力騒音予測手法の有効性を調査する．さらには，本解析結果を用いて，半開放型プロペラファンにおける空力騒音の発生メカニズムについて調査する．最後に，本手法の技術的な課題や改善点など最終的なまとめを行い，今後の研究の方向性や展開を検討する．また，これまでの研究成果をまとめ，国際会議等で発表する．
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