格子ボルツマン法による流動場および音響場の同時解析技術の確立

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前年度に開発した格子ボルツマン法に基づく流動場と音響場の同時解析手法を用いて, 一様流中の単独翼から発生する空力音の直接計算を行い, 本計算手法の有効性を検証した. 前年度まではレイノルズ数が比較的小さな流れ場における検証を主に行ってきたが, 本年度は, 実際の適用対象である低速ファンを想定して, レイノルズ数が10^5のNACA0012翼から発生する乱流音の計算を行った. 低速ファンなどから発生する乱流音の広帯域スペクトルの定量的予測はこれまでに実現されていない課題であった. 本計算結果を実験結果と比較することにより, 翼まわりのはく離遷移流れが再現できていることを確認し, さらに, 乱流音の広帯域スペクトルが本計算手法により高精度に予測できることを示した.次に, 本計算手法をエアコン室外機用の低速ファンまわりの流れに適用し, 計算結果を羽根車後方の時間平均速度分布および乱れ度分布の計測結果, さらに高応答圧力センサーによる翼面上の圧力変動の計測結果と比較した. 低速ファンまわりの複雑なはく離渦流れ場について実験結果と比較して良好な結果が得られていることが確認でき, 本計算手法の低速ファンへの適用可能性が示された.実際の機械への格子ボルツマン法の適用範囲は, これまでレイノルズ数が非常に小さい流れ場に限られており, レイノルズ数10^5程度の低速ファンへ適用した例は極めて少なく, 本研究成果により今後, 格子ボルツマン法を用いた流体機械まわりの流れ解析および空力音予測が促進されると考えられる. 格子ボルツマン法は従来のNavier-Stokes方程式を離散化して計算する手法などに比べて, 非常に高速な計算が可能であり, 並列化にも優れているので, 本研究成果は流体機械の開発におけるコスト削減に貢献すると考えられる.