超音速平板衝突噴流の騒音発生メカニズム解明のための可視化・可聴化システムの構築

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750152
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 榊原 洋子 東京電機大学, 理工学部, 講師 (80287432)
• Keywords: 超音速 / 噴流 / 渦 / 衝撃波 / 騒音 / 振動 / 乱流 / 放射状噴流

Research Abstract

本研究は,超音速平板衝突噴流の特性およびその騒音発生メカニズムの解明を目的とし,複数のパーソナルコンピュータを用いた流体の可視化・可聴化システムの構築を行っている.流れ場の数値解析を行う計算プログラムは,これまで用いてきた軸対称オイラー方程式を基礎式としたTVD法のプログラムから3次元の基礎式に対応したものに発展させ,計算結果の可視化,可聴化にはアプリケーションソフトMatlabを用いることとした.
解析対象の流れ場は,先細ノズルから超音速で噴出して下流に垂直に置かれた平板に衝突する噴流であるが,本研究ではそうした流れ場をさらに,衝突する'自由噴流'と衝突後の'壁面噴流'との2つの部分に分けてそれぞれの噴流の特性を調べている.特に,後者の壁面噴流については,さらに壁面の影響を取り除き,大気中に放射状に噴出する'放射状噴流'のモデル化も行った.
現在までの研究実績として,まず自由噴流の流れ場については,ノズル出口下流から次々と発生する渦が成長しながら噴流周囲を下流に移動していく様子,さらにその周囲を逆にノズル側へと伝播していく音波などが計算により可視化されている.また,衝突噴流では,自由噴流と同様の噴流周囲を移動する渦,およびそれらの渦と平板との干渉によって衝突領域から発生する音波の存在が可視化されている.これらの音波が衝突噴流から発生する騒音の原因となっていることが予想され,今後,可視化と同時に記録した圧力波形を使って,発生する騒音の可聴化を行っていく予定である.放射状噴流については,軸対称噴流などと比較して,不足膨張噴流に特有なセル構造のセル数の減少,渦が支配的な流れ場であること,また非常に高い周波数の振動が発生することなどが確認されている.これらの放射状噴流の特性が衝突噴流の壁面噴流としてどのように流れ場に影響するかを今後調べていく必要がある.

Research Products

• [Publications] 榊原洋子: "平板衝突噴流における壁面噴流の基礎的研究"数理科学会論文集. 2巻1号. 45-50 (2001)
• [Publications] 榊原洋子: "放射状超音速噴流の振動に関する研究"日本機械学会関東支部ブロック合同講演会-2001鳩山- 講演論文集. No.010-2. 229-230 (2001)
• [Publications] 榊原洋子: "平板衝突噴流の壁面噴流に関する研究"数理科学会流体講演会講演論文集. No.20. 16 (2001)
• [Publications] 榊原洋子: "放射状不足膨張噴流中に発生する衝撃波リングの挙動に関する研究"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. Vol.IV. 341-342 (2001)