Turbulent noise reduction using adjoint lattice Boltzmann method

使用伴随格子玻尔兹曼方法降低湍流噪声

• 批准号: 22K03929
• 负责人: 草野 和也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03929/
• 关键词: 流体騒音; 格子ボルツマン法; アジョイント法; 最適化

数値解析技術の発達により、車両や家電などの機器の設計時に、流体騒音を予測するとともに、その発生メカニズムを明らかにすることが可能になりつつある。しかしながら、発生メカニズムが明らかになったとしても、どのように形状を修正すれば、流体騒音の発生を抑制できるのかは自明ではない。現状では、個々の問題ごとに経験則に基づく対策が講じられており、流体騒音の低減を目的とした汎用的な設計手法は確立されていない。本研究では、格子ボルツマン方程式を拘束条件とした変分問題を定式化することにより、流体騒音に対する多数の設計変数の感度を高精度かつ高速に評価可能な随伴感度解析法を構築する。さらに、本手法を用いて円柱および翼を対象に超多自由の形状最適化を実施し、乱流騒音の発生を抑制する新しい後縁形状を創出する。本手法によって、従来の試行錯誤的な設計から脱却し、誰もが計画的に静音形状を創出することが可能になると期待される。本年度は、LBMにおいて複雑形状を高精度に考慮可能な手法として知られているInterpolated bounce-back（IBB）法を用いた随伴感度解析法を定式化した。本手法により境界面を明確に考慮することができ、従来のように物体を多孔質体として近似する手法に比べて、物体まわりの乱流場を高精度に再現することができる。本手法ついて妥当性および精度を検証するために、一様流中の円柱から発生するエオルス音の最小化問題に適用した。随伴解析によって算出した感度と、設計変数を実際に微小に変化させて差分法によって算出した感度とを比較した結果、両者は良く一致し、定式化の妥当性を確認できた。

随着数值分析技术的发展，在设计车辆和家用电器等设备时预测流体噪声并阐明其产生机制已成为可能。然而，即使产生机制变得清晰，如何修改形状以抑制流体噪声的产生也不是显而易见的。目前，针对各个问题根据经验规则采取对策，尚未建立通用的降低流体噪声的设计方法。在本研究中，通过使用格子玻尔兹曼方程作为约束来制定变分问题，我们开发了一种伴随灵敏度分析方法，可以高精度和快速地评估大量设计变量对流体噪声的敏感性。此外，使用这种方法，我们将对气缸和叶片进行超多自由形状优化，以创建抑制湍流噪声的新后缘形状。预计这种方法将使任何人能够系统地创建无声形状，从而摆脱传统的试错设计。今年，我们使用插值反弹（IBB）方法制定了伴随灵敏度分析方法，该方法被称为LBM中可以高精度考虑复杂形状的方法。该方法可以清楚地考虑边界表面，并且可以比将物体近似为多孔体的传统方法以更高的精度再现物体周围的湍流场。为了验证该方法的有效性和准确性，我们将其应用于最小化均匀流中圆柱体产生的风声的问题。将伴随分析计算出的灵敏度与实际微小地改变设计变量而用差分法计算出的灵敏度进行比较，结果两者非常吻合，证实了公式的有效性。

项目成果

Adjoint sensitivity analysis method based on lattice Boltzmann equation for flow-induced sound problems

基于格子Boltzmann方程的流致声问题伴随灵敏度分析方法

• DOI: 10.1016/j.compfluid.2022.105662
• 发表时间: 2022
• 期刊: Computers & Fluids
• 影响因子: 2.8
• 作者: NISHIO Yu;OGAWA Takanobu;TODA Yuki;MORIMATSU Masataka;UNNO Ryohei;INASAWA Ayumu;Kazuya Kusano
• 通讯作者: Kazuya Kusano

格子ボルツマン法を用いたヘルムホルツ共鳴器の減音効果に関する研究

格子玻尔兹曼法研究亥姆霍兹谐振器消声效果

• 发表时间: 2022
• 作者: NISHIO Yu;OGAWA Takanobu;TODA Yuki;MORIMATSU Masataka;UNNO Ryohei;INASAWA Ayumu;Kazuya Kusano;今田 淳，草野 和也，古川 雅人，迫田 健一，福井 智哉，畠中 貴翔
• 通讯作者: 今田 淳，草野 和也，古川 雅人，迫田 健一，福井 智哉，畠中 貴翔