格子ボルツマン法を基とした流体音の直接数値計算手法の確立

基于格子玻尔兹曼法的流体声直接数值计算方法的建立

• 批准号: 17760143
• 负责人: 片岡 武
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760143/
• 关键词: 流体音; 直接計算; 数値計算法

昨年度は、差分格子ボルツフン法による空力音の直接計算の計算格子として新たに有限体積法を導入することで精度向上を測った。つまり、流体の圧縮性を考慮した格子ボルツマン法である熱流体モデルに対して、有限体積法を適用し、エオルス音の発生メカニズムについて検証するとともに、層流流れの基本的な音場を直接計算した。本年度は、流れが乱流である場合をとり扱った。実際、空力騒音の抑制をはじめとする工学的問題において乱流場の音の現象を捉えることは非常に重要になってきている。ただ最初から直接計算によって音波の乱流流れを捉えることは難しいため、まずは乱流モデルを導入することにした。スマゴリンスキーモデルを差分格子ボルツマン法に組み込んだモデルを提案し、乱流および空力音の数値計算を行った。計算対象としては、角柱周りの乱流計算および空力音の計算、自動車のフロントピラー部をモデル化したウェッジボックス周りの流れの数値計算をおこなった。その結果、前者に対しては平均流速や変動速度などの乱流統計量に関しては実験結果と若干異なる結果となったが、角柱から発生する音波の周波数特性については、変動のピークにおけるストローハル数や広帯域における変動において実験値との定性的な一致が確認できた。また後者のウェッジボックス周りの乱流計算に対しては、流れの再現性について乱れの非等方性を有する旋回流の再現ができるなど、良好な結果が得られた。しかし、ウェッジボックス側面部の圧力変動の周波数特性は特に高周波数俗において再現できなかった。この原因としては格子解像度の不足が考えられ、今後格子数を増やして計算を行うことで改善できると考えられる。以上の結果より、乱流場における音の直接数値計算コードを完成させる土台ができたものと考えている。

去年，我们通过引入一种新的有限体积方法来衡量准确性的提高，作为使用Boltzhun方法直接计算空气动力学声音的计算晶格。换句话说，将有限体积方法应用于热流体模型，该模型是一种考虑到流体的可压缩性的晶格玻尔兹曼方法，并验证了产生e毛声音的机制，并直接计算了层状流量的基本声场。今年，我们处理了流动湍流的情况。实际上，在湍流领域中捕获声音现象已经在诸如抑制空气动力学噪声之类的工程问题中变得非常重要。但是，由于很难直接计算声波的湍流，因此我们决定首先引入湍流模型。我们提出了一个模型，该模型将Smagorinski模型纳入差异晶格Boltzmann方法，并进行了湍流和空气动力学声音的数值计算。计算是棱柱形棱镜和空气动力学计算的湍流，以及楔形盒周围流动的数值计算，对汽车的前支柱部分进行建模。结果，诸如平均流速和波动速度之类的湍流统计数据与前者的实验结果略有不同，但是确认由刺激性棱镜产生的声波的频率特征证实与在波动峰值和宽带中波动的峰值数量的实验值一致。此外，对于后来计算楔形盒周围的湍流，获得了良好的效果，例如流动的可重复性，该流量具有湍流各向异性。但是，楔形盒侧面压力波动的频率特征不能在高频和常识中重现。这可能是由于缺乏晶格分辨率，因此人们认为可以通过增加晶格数量和将来的计算来改进它。从以上结果来看，我们认为基础是为完成湍流字段中声音的直接数值计算代码而创建的。