円柱周りの騒音解析#

概要#

本項では、まず、円柱まわりの空気の流れ場をLESにより解析します。次に、そのLES解析により得られた円柱表面圧力変動を用いて、Curle の式を用いて騒音解析を実施し、測定結果および論文と比較しています。

解析条件#

図 1 は、計算対象となる円柱とその周囲の計算領域を3次元的に示しています。円柱の直径をDとすると、高さh=3.2D、幅w=12D、長さl=21Dのサイズです。

図 1. 解析領域

メッシュは奥側の断面のみ表示されていますが、このメッシュを高さ方向に押し出して全体メッシュを作成しています。作成したメッシュの節点数・要素数、解析条件を、表1.にまとめています。

表 1.解析条件

項目	設定
流体	非圧縮性流体（空気）
乱流モデル	ラージ・エディ・シミュレーション(LES)
節点数	159,040
要素数	146,025
直径D	10mm
計算領域	21D×12D×3.2D
壁面近傍格子幅	0.005D
スパン方向分割	15層
入口一様流速	15m/s
レイノルズ数	10⁴

解析結果#

図 2 は、解析領域高さ方向中心で切断したときの、円柱の周囲に形成される流速分布示しています。

図 2. 解析結果高さ方向中心断面での速度分布

流体音の計算位置は、円柱の真横1m離れたところとしています。

図 3は、発生する音圧の周波数スペクトルを示しており、横軸が周波数（Hz）、縦軸が音圧レベル（dB）です。「Measured」は、参考文献からの実際の実験で測定されたデータです。「LES by Kato, C.(1994)」は、参考文献からのLES（Large Eddy Simulation）の結果です。「LES by Advance/FrontFlow」は、今回のAFFrによるシミュレーション結果です。この3つの結果は、特にピーク周波数と音圧レベルにおいて、良く一致していることがわかります。

図 3. SPL（音圧レベル）と周波数の関係

(*)参考文献：加藤千幸, 高野靖飯田明由, 藤田肇, 池川昌弘, "LESによる流体音の予測 : 第1報, 二次元円柱からの放射音", 日本機械学会論文集 B編, Vol.60, pp. 126-132, 1994.

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