５－２

助成番号 161081
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

直接数値シミュレーションによる風車騒音発生機構の解明～騒音低減に向けて～

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Study of Mechanism of Noise Generation from Wind Rotors by Direct Numerical Simulation
aiming at Noise Reduction

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） ハットリ名） ユウジ

研究期間 Ｂ

２０１６～ ２０１７年

漢字 ＣＢ

服部裕司

報告年度 ＹR

２０１７年

ﾛｰﾏ字 ＣＺ

HattoriYuji

研究機関名

東北大学

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

東北大学流体科学研究所・教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
風力発電施設で発生する空力騒音はしばしば社会問題となり、風力発電の普及の妨げとなる。本研究では風車から発生する空力騒音の詳細な発生機構を解明することを目的とし、2 つの計算モデルについて直接数値シミュレーションによる研究を行った。
(1) 流れ・風車翼列・支柱の干渉により発生する空力騒音発生機構の解明
運動する風車翼列と支柱からなる 2 次元モデルを考え、これに大気が流入する場合の空力騒音の発生を直接数値シミュレーションにより解析した。翼列の運動方向に周期境界条件を仮定し、翼列の上流側で準一次元的な音波を精度よく捉えることに成功した。空力騒音のスペクトル解析を行い、主として二つの周波数領域にピークがあらわれることがわかった。支柱がない風車翼列のみからなるモデルとの計算結果を比較することにより、干渉音を特定することに成功した。また、支柱の存在が翼騒音に影響を及ぼすことも明らかとなった。
(2) ダミー支柱配置による空力騒音低減技術の開発
風車の前面または背後に障害物（ダミー支柱）を置くと流れの構造が変化し空力騒音の特性も変化する。通常は騒音が増大するが、障害物の位置によっては騒音を打ち消す効果があると予想される。流れおよび振動円柱と固定円柱からなる 2 次元モデルを例として、騒音低減効果のある配置方法を検討した。振動円柱は流れに対して垂直方向に振動する。固定円柱が後ろにある場合よりも前にある場合に、振動数および円柱の間隔によって大きな騒音低減効果が得られることがわかった。この低減効果は、2 個の円柱にはたらく力と振動円柱の慣性力の和が打ち消しあうこと、また円柱振動に流れが同期して渦放出の周波数が小さくなることによるものであることを明らかにした。

キーワード ＦＡ

風車騒音

空力騒音低減（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

風車翼と支柱の干渉により発生する空力騒音の 2 次元モデルによる直接数値シミュレーシ
ョン

著者名 ＧＡ服部裕司

雑誌名 ＧＣ

日本流体力学会 年会 2017 講演論文集

ページ ＧＦ～発行年 ＧＥ

２

雑誌

１

７

巻号 ＧＤ

-

論文標題ＧＢ

Corrected Volume Penalization Method for Direct Numerical Simulation of Compressible
Flow and Aeroacoustic Sound著者名 ＧＡ

Yuji Hattori

雑誌名 ＧＣ

Proceedings of Japan-Korea CFD workshop (JKCFD2017)

ページ ＧＦ

217 ～ 219

発行年 ＧＥ

２雑誌

００１

７

巻号 ＧＤ

-論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Aeroacoustic noise generated in wind farms is often annoying and causes problems for residents in theneighborhood. The objective of this study is to clarify detailed generation mechanism of aeracousticnoise generated from wind rotors. Two models are studied by direct numerical simulation.
(1) Generation mechanism of aeroacoustic noise generated by interaction of flow, wings, and struts
We consider a two-dimensional model of wind rotor consisting of a moving array of wings and a fixedarray of struts. The generation mechanism of aeroacoustic noise is studied by direct numericalsimulation. Periodic boundary conditions are imposed in the direction of motion of wings. The
resulting quasi-one-dimensional aeroacoustic waves are captured upstream of the wing array withsufficient accuracy. Two peaks are observed in the power spectrum of the aeroacoustic noise. Thenoise due to interaction of the wings and struts is identified by comparing the results to the casewithout struts. It is also found that the struts affect the wing noise.
(2) Development of method for aeroacoustic noise reduction by placement of dummy struts
Placing an obstacle (dummy strut) in front of or behind a wind rotor changes the characteristics ofthe aeroacoustic noise. The noise usually becomes large, but it can be reduced depending on theposition of the obstacle. We consider a two-dimensional model which consists of an incoming flow,
an oscillating cylinder, and a fixed cylinder and pursue configuration in which the noise is reduced.
It is found that significant reduction is achieved depending on the frequency of the oscillation andthe distance between the cylinders when the fixed cylinder is placed in front of the oscillating
cylinder. The reduction is mostly due to cancellation of the forces exerted on the two cylinders andthe inertial force of the oscillating cylinder and partly due to that the frequency of vortex shedding
lock-in to the frequency of the oscillating cylinder.

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