Numerical Analysis of Noise Reduction of Supersonic Jet by Micro Disturbance Using Beat Phenomena between Unstable Waves

利用不稳定波间拍频现象微扰动降低超音速射流噪声的数值分析

• 批准号: 22K03902
• 负责人: 渡邊 大輔
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Toyama
• 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-22K03902/
• 关键词: 超音速ジェット; マッハ波; 騒音低減; 線形安定性解析; DNS; CFD

本年度では，これまで確認されたM=2.0 (Mc=1.0), Re=2000の超音速乱流ジェットに，制御用流入撹乱として同一振幅・同一振動数の回転方向が異なる線形不安定なヘリカルモードを組み合わせた速度変動をジェット中心速度の10%の大きさで加えた結果，加えられた低い位相速度を持つ第三ヘリカルモードペアの増幅によりジェットせん断層の拡散が促進すされることによりマッハ波の低減効果を有するという知見に対し，より高いレイノルズ数およびマッハ数におけるジェットから放射されるマッハ波の低減効果の可能性を探るため，線形安定性解析により低速な位相速度を持つ不安定波に対するジェットせん断層厚さに対する影響を調査を行った．線形安定性解析には空間の離散化にフーリエ級数を用いた高精度のスペクトル法を用い計算を行い以下のことを確認した．マッハ数の増加に伴いヘリカルモードペア増幅によるジェットの拡散効果は低下する．また，マッハ数の増加に伴いヘリカルモードペア増幅に伴う拡散時にジェットから放射される圧力変動は大きくなる．すべてのモードが超音速の位相速度となるM=2.4においても，ヘリカルモード周方向波数が大きくなるにつれ位相速度が下がり，ヘリカルモードペア増幅に伴う拡散時にジェットから放射される圧力変動は小さくなる．このことは，高マッハ数において位相速度が超音速となっても，相対的に低い位相速度のヘリカルモードをジェットに加えることにより，マッハ波を低減できる可能性がある．

In this year, we investigated the effect of reducing the Mach wave by applying velocity fluctuations that combine linearly unstable helical modes with the same amplitude and same frequency as control flow disturbances to the supersonic turbulent jets with M=2.0 (Mc=1.0) and Re=2000 at a control flow disturbance, and the results showed that the diffusion of the jet shear layer is promoted by amplifying the third helical mode pair with a lower相位速度，从而减少了马赫波。为了探索在较高的雷诺和马赫数下减少从射流发出的马赫波的可能性，我们研究了使用线性稳定性分析的速度剪切层厚度对速度不稳定波的射流剪切层厚度的影响。在线性稳定性分析中，使用高度精确的光谱方法使用傅立叶系列来离散空间，并确认了以下计算。随着马赫数的增加，由于螺旋模式对放大而引起的喷气机的扩散效应减小。此外，随着马赫数的增加，由于螺旋模式对扩增引起的扩散期间发出的压力波动增加。即使在M = 2.4时，所有模式都具有超音速相速度，随着螺旋模式圆周波数的增加，相位速度也会降低，并且由于螺旋模式对扩散引起的扩散，从射流中发出的压力波动变得更小。这意味着，即使相位速度在高马赫数下变为超音速，也可以通过在射流中添加相对较低相位速度的螺旋模式来减少马赫波。