DNSによる柔軟壁効果を用いた壁乱流騒音低減機構の解明

通过 DNS 阐明利用柔性壁效应的壁湍流降噪机制

基本信息

批准号：
11750139
负责人：
辻本公一
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750139/
关键词：
空力音響学壁乱流直接数値シミュレーション騒音低減 CAA DNS 柔軟壁

项目摘要

壁乱流からの放射音特性と音源について評価するため、音場と流れ場を分離した低マッハ数流れ場の直接解法によりシミュレーションを行った。壁遠方へ放射する音場の特性は、遠方では離散的でかつ大規模な泡状の音場構造が形成される。壁上に二次元回転渦を単独に配置した場合と周期的に適当な間隔で配置した場合の放射音特性を比較した結果、3次元場と同様の泡状の音場構造が再現され、強い音源の干渉の結果、大規模な音場構造が現われることを明らかにした。これら放射音の特性は低マッハ数固有の問題で、空間的に低波数が優位となる伝播モード特性であることを理論的に説明した。乱流音の発生機構を要素還元化して考えるための出発点として線形統計評価法により壁近傍場で統計的に抽出された渦対を時間発展させた際の放射音の計算を行った。シミュレーションでは、この渦の成長過程の一部しか計算していないが、強い要素渦の発達段階においては、徐々に放射音が強くなるわけではなく、ヘッド部が急成長する際にとくに強い放射音が発生することがわかった。この様子は瞬時の流れ場においても観察され、強い音源構造の動的性質がより詳細に特定された。高マッハ流れ場における音場の基本的な特性を評価するために、超音速溝乱流場の直接数値シミュレーションを行った。従来から理論ならびに経験的にマッハ数が5以下では非圧縮流れ場の乱流構造との違いはないことが指摘されていたが、シミュレーションの結果からも、壁近傍に広がる強い要素渦や、それに付随する大規模ストリーク構造などの微細な乱流構造まで違いのないことが確認された。また、圧縮流れ場を特徴付ける速度場のdilation(膨張・収縮)項による消散はマッハ数が5の場合でさえsolenoidalな消散に比べ極めて小さく、騒音低減を考える場合、微細要素渦の振る舞いに注目して解析、あるいは制御してやればよいことを明らかにした。

为了评估壁面湍流的辐射声特性和声源，采用直接求解法对声场与流场分离的低马赫数流场进行了模拟。远离墙壁辐射的声场特点是在远处形成离散的、大范围的气泡状声场结构。通过比较将二维旋转涡流单独放置在墙上时和以适当间隔周期性放置时的辐射声音特性，结果再现了类似于三维场的气泡状声场结构，并且强据透露，由于声源干扰，出现了大范围的声场结构。我们从理论上解释了这些辐射声的特性是低马赫数特有的问题，并且它们是低波数在空间上占主导地位的传播模式特性。作为通过将其简化为元素来考虑湍流声音的生成机制的起点，我们使用线性统计评估方法计算了在近壁场中统计提取的涡旋对随时间演变时的辐射声音。模拟中只计算了这个漩涡生长过程的一部分，但在强元素漩涡发展阶段辐射声并没有逐渐变强，而是发现头部快速生长时辐射声特别强。发生。在瞬时流场中也观察到了这种行为，并且更详细地识别了强声源结构的动态特性。为了评估高马赫流场中声场的基本特征，我们对超声速沟槽湍流流场进行了直接数值模拟。理论和经验上都指出马赫数小于5时与不可压缩流场的湍流结构没有区别，但模拟结果也表明在壁面附近存在强烈的元素涡扩散，这也得到了证实精细湍流结构（例如伴随的大规模条纹结构）没有差异。此外，即使马赫数为 5，由于表征压缩流场的速度场的膨胀（膨胀/收缩）项引起的耗散与螺线管耗散相比也极小。在考虑降噪时，重要的是注意微小元素漩涡的行为，我们可以做的就是分析或控制这种情况。