2 . 実験装置 ･実験方法

噴 流 剪 断 層 の 攪 乱 に よ る 一 共 鳴 現 象

倉澤英夫 山之上寛二 齊藤正勝

1 . 緒 言

･音は情報伝達の一手段 として重要不可欠なものである反面,社会生活においては場合に よ って非常に有害なものとも成 り得 る. このような有害性は一般に騒音公害 と呼ばれる言葉で 代表 され,騒音の低減化が重要 とな って くる. しか し,具体的に低減化あるいは制御 しよう

とする場合に,その発生機構が明確でないと適切な対策が構 じられないといえる.特に,騒 音発生の原田 として,各種流体機械等に見られるような流れに起因 して生 じる音に関しては 比較的未知な部分 も多 く,中でも流れが系の音響的固有振動数を励起するような場が存在す

ると,非常に大 きな音が発生 し騒音対策上問題になって くる.

そこで,本報では流れに起因して生 じる‑音響的発振現象に閑し,その発生機構を明 らか にしてい くことを 目的 として行った.･これらに開通 して,筆者等は既に一定流速の下で軸対 称の噴流中に同じ軸に有限長 さの円管を挿入 し,そこで生 じる共鳴現 象 に 関 し若 干 の 知 見(1)(2)を得,噴流努断層中の不安定性の撹乱の発達過程が重要な役割を果すこ とを 明 らかに してきた.一方,前報(3)においては同様に噴流中に リング状の物体を挿入 し,実質上耽れに 系の持つ音響的固有振動数が影響を及ぼさない場に対す る流れの, とりわけ努断層の持つ普 遍的特性を詳細に調べた.ここでは両者の実験結果を踏えて,有限長さの直管を噴流軸 と直 交 して配匿し一定流速の条件下で生 じる直管の共鳴現象に閑 し検討 した｡

2 . 実験装置 ･実験方法

1

か ら発生する騒音をできるだけ除去するため に,送風横本体を屋外に設置すると共に,逮 風機の吸い込み,吐き出し側には吸収型消音 器を取 り付けてある.作動流体の空気は測定 部での温度変化を小さくする目的で冷却器を 通過させ,整流格子,金網を通 してノズルに 導いた. このとき,実験室内の暗騒音の音圧 レベル

( S . P. L. )

4 6 ‑4 8 dB

2

1 . 4

3

. 5

6

図

1

* 昭和

6 1

3

1 3

1 5

** 機披工学科 助教授

*** 機械工学科 教 授 榊** 椀枕工学科 技 官

原稿受付 昭和

61

9

1 6

1 7

図2 aTJ定部および座標系

∪

/

○平均速度

( U)

u)

乱れ速度分布

OOOOOOOtXの00000COOo

U.=12m/S

2

6 x/ d

4

で約

4 9 dB

2

￠2 8 mm

1 0 0 mm

2

2

1 4 mm

6 mm

1 4mm

2 8 mm

34 mm

6

Uo

1 2 m/

r / R‑

￠5 F L m

,1 / 2

3 0 0 mm

4 5

3. 実験結果お よび考察 3 ‑1

ノズル出口端における自由噴流の平均速度分布, 乱れ速度分布を図

3

Moo r e ( 5 ) Cr o w

4

Uc

x/ d 幸5

Mo o r e

Cr o w

3 丁2

矩形断面を有する

L‑2 8 5 mm

1

5

, I / d‑0 . 3 6

S . P. L.

が大 きくな り極大

Po

1 / d‑0 . 7 5

S. P. L.

Pl

1 / d‑2 . 5

噴流封断層の撹乱による一共鳴現象 まで観測され

, Po,P1

そ こで,国中の音圧 レベルの高い点

A

B 等

6 0

6

a)は音圧,( b)

5

4 mm

,r / R‑

C)は管後端のほぼ中央での速度の波形を

｡( a),( b) ,(

)

C)の速度波形か ら管内には周期的な体積流

7

いB

C)の測定では変動量 も小 さく,乱れ

8

6

( a) , ( b)に対 す る スペ ク トル結果 を示 す.国

a)は音圧,( b)は速度に対す る結果で,逮

O dB

(氏.L.)で表示 して ある.前述 の周期的な波形 を裏づけて,音圧,速度変動 とも同 じ周波数に阜 越 した ピークがあ り,両者の周波数が固定化され ていることが認め られ る.更に,最大の卓越周波 数

f p

2

, 3

このとき,卓越周波数は管長か ら計算すると管 の 固有振動数の

1

f r

60 0 Hz

5

B

p

3 Uo : 1 2m/ S 1 7

L=2 8 5m

7 0 0 5 1

) 1

2 0 2

1 / d

図 5

･ a

' C

瞥 ^隅

図

6 A

( a

( b)

( C

'

(

b

' C ' esl v ^ V " V ^ V 鴫

図7 B点における波形

( a)

( b)

( C)

のスペ ク トル結果を図

9

B

卓越 した ピークが観測され,音圧,速度変動が同調 し周波数の固定化が起 こっていることが 認め られる. しか し卓越周波数の

6 80 Hzは管の共鳴周波数の 6 0 0 Hz

9 . 4 m/

く同様 の結果(1)が得 られている･ キた,キャビティ音 と呼ばれ る現象においては努断層がキ ャビテ ィの後端のエ ッジ部に衝突 して,速度変動の周波数の固定化が生 じる こ とが報告

( 7 ) ( 8 )

されている. これ らか ら,直管を挿入することにより勢断層中に生 じた撹乱が直管の前縁部 に衝突 し

,Fe e dba c k

図

1 0

長野工業 高等専門学校紀要 ･第

1 7

2() 05 1() 15

FreqJency kHz

図

8

6

( a ),( b)

05 18 1･5 2() 25 lJd

図10 最大卓越周波数 の変化

"0 05 10 1･5

Fre

q u e ^{n c}

図9 図 7における(a),

(

ペク トル

( a)

0 0

8 6 Jq g P .i .a .S

され る鋸歯状 の変化形態を とる.直交す る管 の 場合には

a

f r

値 で糾 され始 め, こ の と き,音圧 レベルは e

po

b点 まで降下す る と急激に C点に跳躍 し, リン グの場合 とほぼ等 しい値に移 る.更に間隙を増 す とリソグの場今に沿 って降下 し共鳴周波数に 疲近 して くる と

, d

将 f r

e

P

, f

2･0

0･ 5 1 0 1 5 20 2

1/d

▲L = 2 6 0 ^{mm( A)}

oL=285m

( B)

' C'

･藻 IAT L,rrAf '･･t rム

'

85

1 /

図

1

( a)

(b)

点 の

f r

P

2

1 )

噴流勢断層の撹乱による‑共鳴現象

^{1 9}

3

L‑2 8 5 mm

( l / d>2 . 5 )

3 ‑3

2

1 1

した.図

1 3

4

1 / d宍 ゴ 2 . 5

,L‑31 1 mm

A,B

図1

4

( a) ,( b) ,( C)

5( b)

( a)の音圧 は周

A,B

( a),( b)

1 6 ,1 7

.A

図1

2

0000087655gpo.d.S

〉vo 05 1() 15 2･0 2･5 3･0 1/d

図13距離に対する音圧レベルの変化

･ a , M

5

m s e c

図

1 4 A

1 5 B

2 0

1 7

な卓越周波数が現われ,管長に対する共鳴周波数 と一致 している.一方

B

85 1 . 0 1 5

FTequerq kHz 図

1 6

1 4

( a),( b)

するスペクトル

2

r y O O5 1 ･ 0 1 ･ 5

図

1 7 回1 5

( a ) ,( b)

8 0 0 7 0 0

6 0 0

5 0 0 4 0 0

2()

0 0 5 1 ( ) 1 ･ 5 2

2 5 1 / d

図18最大卓越周波数の変化

動する原因 としては次のことが考えられる.卓越 す る周波数の固定化は革断層中に生 じた撹乱が挿 入された物体の前縁部に衝突 し

,Fe e dba c k

1

1 2

1 2

a

b

2 ( ‑l l +2 R)

1 8

1

1 2

1

噴流弟断層の按乱による‑共鳴現象

²¹

4 . 結

軸対称噴流の出口近傍に噴流軸 と直交 して直管を置 き,噴流出口端速度

1 2m/

2

1

1 )

この時,最大卓越周波数が矩形管の音響的固有振動数に近づ くと,引き込みが起 こり共鳴 が発生するといえ, このような共鳴現象はノズル出口直径の

2.5

2

とができる.

3

終 りに,本研究を進めるに当 り,東京大学工学部.平田 貿 教授,並びに同研究重の方 々に助言を頂いたことに対 し感謝の意を表 します.更に,実験に際 し協力して くれた本校卒 業生の放森 卓治君,綿貫 克也君に感謝致します.

文 献

( 1 )

( 1 9 8 5 )p. 77 7

( 2 )

0 ‑1 0( 1 98 5 )p. 5 21 ( 3 )

(4) 倉浮英夫 ･小幡輝夫 ･平田 貿 ･笠木伸英,流れの可視化,vol

. 3 ‑1 0( 1 98 3 )pL21 ( 5 ) C . ∫ . Mo or e ,∫ . Fl ui dMe c h.8 0( 1 9 7 7 )p. 3 21

( 6 ) S. C.Cr o w andF. H.Champa nge , ∫ . Fl ui dMecb.48( 1 9 7 6 )p. 5 4 7

( 7 ) D. A.Roc kwe l la ndA.Sc ha c henma n ,J . So undvi b.8 5( 1 9 82 )p. 3 21

( 8 ) S. A.El de r ,∫ . Ac o us t .So c .Am.7 2( 1 9 8 2 )p. 5 3 2