研究背景・研究目的

家電や車両などの機器は，居住環境の快適性の観点から，低騒音であることが求められています．このような機器の騒音の中でも，流体運動に起因して発生する騒音（流体騒音）は，固体の振動に起因する騒音に比べて，一般的に発生メカニズムが複雑であるため，対策が困難な問題です．本研究では，数値シミュレーションを駆使して，流体騒音の発生メカニズムの解明や低減技術の開発に取り組んでいます．

研究内容：流体騒音の数値解析技術の開発

機械工学では，空調機に搭載される各種のファンや自動車の車体まわりの流れのように主にマッハ数が小さい流れから発生する流体騒音が課題となります．本研究では，低マッハ数流れを対象に，格子ボルツマン法（LBM）を用いた流れ場と音響場の連成解析技術の開発に取り組んでいます．特に，ターボ機械の動翼のような流線形状の移動物体をLBMで効率的に計算するために，直交格子と物体適合格子を組み合わせたハイブリッド格子を用いた計算手法を開発しています．

乱流音の直接計算の例	直交・物体適合ハイブリッド格子

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研究内容：流体機械における非定常流動現象の解明

空調機に使用されるプロペラファンや横流ファンなどの流体機械は，省エネかつ低騒音であることが求められています．このような流体機械において，流動損失や流体騒音の発生に寄与する流動現象を数値シミュレーションを用いて明らかにし，得られた知見を空力性能の向上や低騒音化に役立てています．

プロペラファンの翼端渦の3次元構造

横流ファンの音響場（左）および流れ場（右）

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研究内容：流体騒音の制御技術の開発

ファンや風車などのターボ機械では，回転数と羽根枚数の積で表される翼通過周波数（BPF）で発生するピーク性の流体騒音が問題となります．本研究では，ターボ機械のBPF騒音を低減することを目的として，ヘルムホルツ共鳴器を用いた受動制御技術を開発しています．機械の空力性能を低下させることなく，流体騒音を効果的に低減するために，流体音響解析を用いて共鳴器の形状や配置を最適化しています．

ヘルムホルツ共鳴器の解析	共鳴器によるファン騒音の低減効果の解析

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研究内容：流体騒音を低減する設計技術の開発

近年，数値解析技術の発達により，機器の設計時に流体騒音を予測したり，音源を分析することが可能になりつつあります．しかしながら，このような順解析のみでは，どのように設計すれば，流体騒音の発生を抑制できるのかを直接的に示すことはできません．
本研究では，流体音響問題を対象に，格子ボルツマン方程式に基づく随伴法（アジョイント法）を用いた逆解析手法を構築しています． 本手法によって，流体騒音を抑制できる革新的な形状を効率的に創出することができると期待されます．

円柱の形状最適化によるエオルス音の低減

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