JPH06201512A

JPH06201512A - 気流吹出口

Info

Publication number: JPH06201512A
Application number: JP4348143A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Maruta; 芳幸丸田
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-19
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JP3139587B2

Abstract

(57)【要約】【目的】流出気流から生じる噴流騒音と渦放出音の両
者を有効に低減する。【構成】気流吹出口近傍の内壁面に部分的に乱流境界
層への遷移を促進する手段（１３、１７、１８）を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計測部へ低騒音の気流
を通過させる風洞装置や、外部空間へ低騒音に排気する
トンネル換気塔排気口や、大空間へ換気用空気を低騒音
にて流し出す給気口や、室内へ空気を供給する低騒音型
空調機の空気吐出口等に用いられ、空間へ気流が流出す
る際に発生する騒音（流出気流騒音）を更に低減するこ
とができる低騒音型気流吹出口に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気流源の送風機や圧縮機の発生騒音を低
減した低騒音風洞は、計測部気流中の供試対象部体から
発生する空力音を物体の空力特性と併せて計測できる風
洞であり、今後ますます利用量が増えてゆく風洞であ
る。

【０００３】気流吹出口とベルマウス部との間の開放空
間に計測部を有するオープン形或いはセミオープン形の
風洞や、開放空間へ直接気流を吹き出す型の風洞では、
計測部に発生する騒音の主要成分は気流吹出口からの渦
放出音や噴流騒音である。

【０００４】同じくトンネル内から外部空間へ排気を取
り出すトンネル換気塔排気口や、大空間へ換気用空気を
低騒音にて流し出す給気口、或いは、室内へ空気を供給
する低騒音型空調機の空気吐出口においても、送風機等
の発生騒音を消音装置で十分に低減しても気流を空間へ
吹き出す箇所において発生する騒音の主要成分は、気流
吹出口からの渦放出音や噴流騒音である。

【０００５】図１６は低騒音にて気流を吹出す風洞や換
気塔等の装置類で用いられる気流吹出口（以降ノズルと
記す）１１から噴出する噴流の状態を示している。そし
て、ノズル１１から噴出する噴流１は、主流（コア流
れ）領域２、その下流に生ずる乱流混合領域３及びこれ
らの周囲を囲む剪断流領域４とから構成されている。

【０００６】この剪断流領域４は、ノズル先端部すなわ
ち吹出し口５から放出された渦（第１０図では図示せ
ず）、及び主流領域２とその周囲に存在する静止流体と
の速度差に基づく運動量の不安定、等から発生するもの
である。この内部では局所流速や圧力が大きく変動して
いるため、剪断流領域４はその周囲へ噴流騒音（符号６
で示す）を発生する。また、ノズル１１の内面における
境界層に起因する渦がノズル先端部５から放出されるの
で、渦放出に基づく音（符号７で示す）がノズルの周囲
に放射されて騒音の原因となる。流出気流騒音の発生源
としては、これらの他に下流側の乱流領域からの発生騒
音が存在するが、気流吹出口（ノズル）からの流出気流
騒音については、前記噴流騒音６と渦放出音７が大きく
影響するのである。

【０００７】従来の低騒音風洞、トンネル換気塔、大空
間換気装置或いは低騒音型空調機では、気流源の送風機
や圧縮機の発生騒音を低減するのみであり、風洞計測部
や空間への気流給排気口部分で発生しているノズルから
の流出気流騒音に対して有効な低減技術は何等提案され
ていなかった。剪断流からの噴流騒音６及び渦放出音７
を防止することができれば、風洞計測部や空間への気流
給排気口部分の流出気流騒音を大巾に低減することが可
能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、低騒音風洞、トンネル換気塔、大空間換気装置或い
は低騒音型空調機から発生する騒音を更に低減するため
の有効なノズルの流出気流騒音低減技術は提供されてい
なかった。

【０００９】例えば、２重ノズルを用いて同軸二重噴流
を形成すれば噴流騒音６が低減される旨は当業者に良く
知られているが、該副噴流を与えるための複雑な装置や
配管系が不可欠であるという問題が存在する。

【００１０】また、ノズル１１の先端部に噴流騒音防止
作用を奏する特別なアダプタを付加することも提案され
ているが、該アダプタ自体が高周波成分の気流騒音（風
切り音）を発生してしまうという問題があった。

【００１１】さらに、高速噴流の場合にはノズル先端か
らの渦放出音７は噴流騒音６に比較して小さくて目立た
ないため、この渦放出音７に対する防止技術は噴流騒音
６に対する技術に比較して研究がされていない。従って
噴流騒音６を低減する技術を研究すればする程、ノズル
先端からの渦放出音７が騒音源として将来的にクローズ
アップされてしまうのである。

【００１２】本発明は上記した従来技術の各種問題に鑑
みて提案されたもので、ノズルの流出気流から生ずる噴
流騒音と渦放出音の両者を有効に低減することが出来る
様な、低騒音風洞計測部、トンネル換気塔低騒音排気
口、大空間換気装置の低騒音空気給気口或いは低騒音型
空調機の空気吐出口等に用いられる低騒音型気流吹出口
の提供を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明者は種々研究及び検
討の結果、次のことを見出だした。

【００１４】噴流騒音の大きさは噴流周囲の剪断流の強
さ（流速の変化率）に依存し、この剪断流の強さはノズ
ル内面の境界層の状態に影響を受けている。そして、こ
の境界層においては、層流境界層は乱流境界層に比較し
て周方向に同時性がある剪断流をつくり易い性質があ
り、且つ同時性がある渦放出についても乱流境界層より
も行い易いという性質がある。

【００１５】従って、ノズル内面の境界層を乱流境界層
にしてしまうこと、周方向の境界層の厚さを非一様にす
ることにより、境界層内の周方向の同時性を弱め、或い
は境界層を（主流に大きな影響を与えない範囲で）厚く
することにより、剪断流の強さを弱め、剪断流に基づく
噴流騒音６や渦放出騒音７を低減することが可能とな
る。このような現象を実現するためには、図１７に示す
ノズル１１の主要部分である縮流ダクト１２の下流側に
付く直ダクト１３の長さＬを長くすることが一般的であ
る。この直ダクト１３の長さＬを変えたときにノズル周
囲に発生する騒音が変化する様子を実験的に確認した結
果が図１８である。ノズル口径をＤとし、この図では横
軸に長さＬと口径Ｄの比を用い、縦軸に直ダクト無しの
Ｌ＝０の場合の発生騒音レベルをＯｄＢ（Ａ）とした相
対騒音レベルを用い、ノズル流出流速が８０ｍ／ｓと４
０ｍ／ｓの２つの場合の結果を示している。Ｌ＝０から
Ｌが大きくなるに従い、ノズル流出気流発生音が低減し
ていき、Ｌ＝１．５Ｄ〜２．０Ｄの時に最も小さくなっ
て、その後また大きくなる。２．０Ｄより長くなるに従
い発生音が大きくなることはノズル内面の乱流境界層が
大きく強くなって境界層発生騒音が増大するためであ
り、Ｌが０から１．５Ｄまで長くなる過程で発生音が低
下する状況が上述の現象である。しかし、縮流後の直ダ
クトが１．５Ｄ以上も長いようなノズルは、低騒音風
洞、トンネル換気塔、大空間換気装置或いは低騒音型空
調機等の各装置を必要以上に大型化するので、実用的で
はない。

【００１６】一般的かつ実用的なノズル直ダクトの長さ
であるＬ＝約０．５Ｄのままで、直ダクトが長さ１．５
Ｄ〜２．０Ｄの時と同等にノズル流出気流発生音を低減
する技術を提案することが本発明の課題である。

【００１７】また、ノズル内面の境界層を制御する手段
を直接ノズル内面に取付けると、その手段自体が風切り
騒音（剥離流れ騒音）を発生して新たな騒音源になるた
め、直ダクトより上流にある流速が遅い縮流ダクトの内
面に境界層制御機構を設ける手法が良いとする提案があ
る。（本出願人による特願平２−２２８１０７号）。し
かし、この発明は、本発明が解決しようとする課題と同
様な課題を充分に解決できるように一見みなされるが、
実施に当って期待する効果を産むような境界層制御手法
を確定する段階で解明すべき未知の項目が多数残ってお
り、実用化が遅くなる技術と考える。

【００１８】また、ノズル吹出口近傍の直ダクト内面
（気流接触面）に風切り音の発生が非常に小さい形で境
界層制御機構を設ける手法として、内面へ部分的に超音
波を照射したり、内面を部分的に加熱したり、内面に流
れ方向と平行な縞状の表面粗さが大きい部分を作った
り、内面に細い線材状の突起物を流れ方向と平行に複数
本取付けたり、内面に流れ方向と平行な複数箇所のスリ
ット状溝或いは切欠を設けることが好ましい、とする提
案がある（本出願人による特願平３−１７８１２２
号）。これらの手法はノズルダクト内面（気流接触面）
上の流れが部分的に乱流境界層へ遷移することを促進す
るが、その境界層の厚さを部分的に大きく変化させるだ
けの効果を導かないので、渦放出音や噴流音を大きく低
減することは困難である。一方、境界層厚さを大きく変
化させるため境界層制御機構の各寸法等を大きくする
と、それに伴って各部材或いはその付加物から発生する
風切り騒音が大きくなってしまうという短所がある。

【００１９】

【発明の原理】本発明は、構成物自身からの風切り音を
殆ど発生しないままの状態で、気流吹出口近傍の直ダク
ト気流接触面（内面）上の境界層が部分的に乱流境界層
へ遷移することを促進することにより、境界層厚さの周
方向分布を著しく変化させてノズル先端からの渦放出の
周方向の同時性を微弱化し、またノズル流出気流の剪断
流領域の速度差を小さくすることが可能になる。この結
果として、渦放出音が低減され、また、剪断流からの噴
流騒音が低減して、より静かなノズル流出気流を提供す
ることが可能になる。下記に述べる本発明の構成を実施
することにより、前述の課題が解決できる。殊に、気流
が高速で制御機構自体からの風切り音が問題になりやす
い領域においても、ノズル内面の境界層を直接制御して
さらに風切り音が殆ど発生しないように構成しているこ
とが、本発明の特記すべき原理の一つである。

【００２０】

【発明の構成】本発明によれば、計測部へ低騒音の気流
を通過させる低騒音風洞装置に用いる気流吹出口、トン
ネル換気塔排気口、大空間の換気用低騒音空気給気口或
いは低騒音空調機の空気吐出口等において、出口端に向
って吹出口の面積を連続的に変化（減少または増大）し
て境界層の乱流境界層への部分的な遷移を促進する手段
（乱流境界層遷移促進機構）を、吹出口気流接触面に設
けている。

【００２１】本発明の実施に際して、前記低騒音風洞装
置は計測部が開放空間にあるタイプのものでも或いは半
開放空間にあるものでも良い。また、回流式の風洞でも
吹出し式の風洞でも本発明を実施することができる。こ
れに加えて本発明は、トンネル換気塔の排気口の低騒音
化や、大空間設備の低騒音型空気給気口或いは低騒音型
空調機の空気吐出口等の気流吹出口にも実施できる。さ
らにノズル吹出し口断面が円形でも多角形でも良い。

【００２２】前記気流吹出口近傍の直ダクト気流接触面
に設ける部分的な乱流境界層遷移促進機構は、出口端に
向って吹出口の面積が連続的に徐々に変化（減少または
増大）する様に構成されており、例えば、吹出口先端部
で最大断面積になる様に半円錐状突起物や三角錐状突起
物或いは多角錐状突起物を流れ方向と平行に複数本形成
するのが好ましい。また、吹出口先端部で最大巾になる
三角形状切欠や半弓形状切欠を流れ方向と平行に複数形
成することが好ましい。

【００２３】

【作用】上記した様な構成を具備する本発明の低騒音型
の気流吹出口によれば、部分的な乱流境界層への遷移を
促進する手段を吹出口近傍の直ダクト気流接触面（直ダ
クト内面）に設けたので、気流吹出口内面の境界層が部
分的に乱流境界層に遷移する。この部分的な乱流境界層
への遷移によって周方向の境界層の厚さは非一様になる
こと、及び、構成物の断面積が連続的に徐々に変化する
ことにより、構成物からの風切り音の発生が十分に抑え
てられ、主流（コア流）に影響を及ぼさない範囲で境界
層の厚さの非一様性を益々大きくすることができる。こ
のことは、短い直ダクトにおいて境界層の平均厚さを強
制的に通常よりも厚くすることに相当する。

【００２４】これ等の結果として、境界層内の流体力学
的な各因子の周方向の同時性が弱まり、剪断流の強さも
弱まることとなり、境界層や剪断流に起因する渦放出音
や噴流騒音を低減することが可能になる。従って、従来
は実用的な低減化が困難であったノズル吹出口周辺から
発生する流出気流騒音を、効果的に低減することができ
るのである。

【００２５】また本発明では、直ダクト内面に設ける境
界層制御機構がそれ自体が風切り音（剥離流れ騒音）を
発生しない構造で構成されるために、高速な気流が通過
する直ダクト部での制御であっても、制御機構自体が新
たな騒音源となってしまうことは無い。さらに、この制
御機構は直ダクトへ部分的に設けることが重要であるた
めに、ノズル全体の形状を大きく変形することやノズル
の寸法が大型化することも無く、２重ノズルの場合やノ
ズル上流側での境界層制御を行う場合の様に、構造が複
雑になることも無い。

【００２６】本発明の気流吹出口は、上述した各構成要
件がもたらす作用効果により、乱流境界層の部分的遷移
促進機構を備えていない標準的な吹出口から発生する流
出気流騒音に比較して、最大約５ｄＢ静かになる。この
騒音低減量は、先に従来技術として説明した事例（特願
平３−１７８１２２号）の騒音低減効果を約３ｄＢ上回
って、吹出口の流出気流騒音を低減するものである。

【００２７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００２８】図１において、ノズル１１の吹出し口５の
近傍の直ダクト１３の気流接触面に乱流境界層遷移促進
機構である半円錐状突起０．０６Ｌから０．１２Ｌのピ
ッチ間隔で内周上に複数個取付けてある。ここでＬは直
ダクト１３の長さであり、吹出口口径０．３倍から０．
８倍が通常用いる長さである。

【００２９】図２、３、４は半円錐状突起を取付けてあ
るノズルの見取図と半円錐状突起物の各寸法の定めてい
る。この突起の長さは０．１Ｌから０．３Ｌが好まし
く、吹出口先端に一致する突起後端の最大面積部の半円
半径は０．０２５Ｌから０．０５Ｌが好ましい。この寸
法の突起物の列によって、突起物からの風切り音の発生
を十分に抑えて直ダクト内面の境界層を複数箇所部分の
乱流境界層への遷移を促進でき、吹出口先端からの渦放
出音や噴流の剪断流領域から発生する噴流騒音を低減で
きる。

【００３０】図５、６、７は、図２、３、４の実施例に
おける吹出口先端内面の突起物（半円錐形）を、三角錐
状突起物にする場合の実施例を示すものであり、三角錐
状突起物の各構成寸法を定めている。突起物は０．０５
Ｌから０．１Ｌのピッチ間隔で内周上に複数個取付けて
あり、長さは０．１Ｌから０．４Ｌが好ましい。三角錐
状突起物の後端の巾は０．０５Ｌから０．１Ｌでその高
さ（厚み）は０．０３Ｌから０．１Ｌが好ましい。図
５、６、７で示す様な構成によれば、吹出口先端からの
渦放出音や噴流の剪断流領域から発生する噴流騒音を低
減できて、なお且つ突起物からの風切り音の発生はきわ
めて少ないものである。

【００３１】図８及び図９は本発明の別の実施例を示し
ており、多角錐状突起物１７で構成した境界層制御機構
を、直ダクト１３の内面に流れ方向と平行に複数個取付
けてある。ここで、該多角錐状突起物１７のピッチ間隔
は０．０６Ｌから０．１２Ｌである。この多角錐状突起
物１７の長さＫ２は０．１Ｌから０．３Ｌで、吹出口先
端に一致する突起物後端の巾は０．０６Ｌから０．１２
Ｌである。更に、その高さ（厚み）ｈ１は０．０３Ｌか
ら０．１Ｌが好ましい。この実施例では、突起物１７自
体からの風切り音の発生が小さく、ノズル１１内面の乱
流境界層への部分的な遷移を乱流塊の発生により促進
し、境界層内の周方向の同時性を弱めて渦放出音や噴流
騒音を低減する。

【００３２】図１０、図１１、図１２も本発明の別の実
施例を示し、境界層制御機構を、直ダクト１３の内面に
流れ方向と平行に形成された複数の溝１８により構成し
てある。この溝１８は、三角錐状溝（図１１）或いは半
円錐状溝（図１２）であり、隣接する溝１８間のピッチ
間隔は０．０６Ｌから０．１２Ｌである。この溝１８の
長さＫ３は０．１Ｌから０．３Ｌで、吹出口先端に一致
する溝後端の巾ｂ２は０．０５Ｌから０．１Ｌであり、
その深さｈ２は０．０３Ｌから０．０６Ｌが好ましい。
この実施例では、三角錐状溝または半円錐状溝１８自体
からの風切り音の発生が小さく、微小段差による乱流塊
の発生でノズル内面の乱流層への部分的な遷移を促進
し、境界層内の周方向の同時性を弱めて渦放出音や噴流
騒音を低減している。

【００３３】図１３、図１４、図１５も本発明の別の実
施例を示しており、直ダクト１３の吹出口先端部におい
て最大幅となる三角形状切欠１９により、境界層制御機
構を構成したものである。該切欠１９は流れ方向と平行
に設けられ、０．０６Ｌから０．１２Ｌのピッチ間隔で
複数個設けて構成されている。この切欠１９の長さＫ４
は０．１Ｌから０．３Ｌであり、吹出口先端での巾ｂ３
は０．０５Ｌから０．１Ｌが好ましい。図示はされてい
ないが、この切欠１９は同様寸法の半弓型状の切欠とし
て構成しても同等な効果を奏する。

【００３４】図１３、図１４、図１５の実施例では、三
角形状切欠１９自体からの風切り音の発生が小さい。そ
して三角形状切欠１９を通して行われるノズル外気流と
の流通により乱流塊を発生し、以てノズル１１内面を部
分的に乱流境界層に遷移するのを促進し、境界層内の周
方向の同時性を弱めて渦放出音や噴流騒音を低減するの
である。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３６】（１）ノズル吹出口直前のノズル内面境
界層流れの周方向の同時性を弱めて流出する噴流周囲の
剪断流の強さを低減し、剪断流に基づく噴流騒音や渦放
出騒音を低減できる。

【００３７】（２）ノズル吹出口周辺に発生している
流出気流騒音を効果的に低減できる。

【００３８】（３）境界層制御機構自体からの風切り
音が新たな騒音源になることが防止できる。

【００３９】（４）本発明で示す気流吹出口自体の外
観寸法は従来のものと概ね同一であり、吹出口周囲の空
間は有効に利用可能である。

【００４０】（５）従来から提案されている噴流騒音
の低減手法よりもその構成が比較的シンプルであり、容
易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す側断面図。

【図２】図１の実施例の要部を示す斜視図。

【図３】図１の実施例で用いられる突起を示す拡大側面
図。

【図４】図１の実施例で用いられる突起を示す拡大端面
図。

【図５】図１の実施例の突起を別の形状とした実施例を
示す斜視図。

【図６】図５の実施例で用いられる突起を示す拡大側面
図。

【図７】図５の実施例で用いられる突起を示す拡大端面
図。

【図８】本発明のその他の実施例を示す側断面図。

【図９】図８の実施例で用いられる突起を示す拡大斜視
図。

【図１０】本発明の更に別の実施例を示す側断面図。

【図１１】図１０で示す実施例で用いられる溝を示す拡
大斜視図。

【図１２】図１１で示す溝の配置を示す端面図。

【図１３】本発明の実施例を示す側断面図。

【図１４】図１３の実施例で用いられる切欠を示す斜視
図。

【図１５】図１４で示す切欠の配置を示す端面図。

【図１６】気流吹出口からの噴流の構造と、そこから発
生する騒音の状態を説明するための側面図。

【図１７】気流吹出口の基本的な構成を示す側断面図。

【図１８】ノズル直ダクトの長さとノズル口径との比と
発生音との関係を示す実験結果を示す図面。

【符号の説明】

１・・・計測部噴流２・・・主流領域３・・・乱流混合領域４・・・剪断流５・・・吹出し口６・・・噴流騒音７・・・渦放出音１１・・・ノズル１３・・・突起１７・・・突起体１８・・・溝１９・・・孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出口端に向って吹出口の面積を連続的に
変化して境界層の乱流境界層への部分的な遷移を促進す
る手段を、吹出口気流接触面に設けたことを特徴とする
気流吹出口。