流体力学の勉強方法

どんな勉強をしたら良いのかを教えて下さい。

目標は、
風力発電の風車において、ブレードが一定の時間に塔の前を通過する回数に対応する周波数の超低周波音出てくるときの仕組みを理解すること。音圧の計算もしたい。
です。

流体力学を基礎から学ぶ必要があると指摘していただきました。

流体力学は1冊だけ読みました。
流体力学（前編）　今井　巧　著
私の理解できた内容からは、目標には至れませんでした。

他の事もあって、
今は、解析力学Ⅰを読んでいます。もうすぐ終わるので続けてⅡを読む予定です。
（山本、中村　著　　朝倉）

気柱の共鳴の件で気柱の底の部分が振動する場合の理解には、量子力学が必要だと教えていただいたので、解析力学の次は、
量子力学（岩波）を読む予定にしています。

色々調べて、
カルマン渦が音に変わる理由が書いてある本を見つけました。
空力音響学
です。

出来ましたら、目標に至ることのできる最短ルートを知りたいと思います。
何を読んでいけば、目標に至るのかが分かりません。
なお、
読むときには、数式はすべて再計算しています。
ミスプリントに関しては、著者に報告するようにしています。

質問者からの補足コメント

• 

  回答が無いので伺いますが、
  
  この目標は、難しいのでしょうか？
  
  数学は長期間、勉強しているので、難しいかどうかの判断がある程度つくのですが、
  物理に関しては、初心者の域を出ていないので、
  難しいか否かの判断が出来ません。
  
  難しいか、易しいかの予想だけでもお願いします。

    補足日時：2023/04/26 08:35

• 

  関心を持っている理由ですが、
  
  風力発電の風車は大きく分けて2つのタイプがあります。
  回転軸が水平で、ブレードが塔の前を通過する形のもの。
  回転軸が垂直で、ブレードが軸から一定の距離を保って回転する形のもの。
  です。
  
  この問題の答えによっては、
  ブレードが塔の前を通過する構造の水平軸型の風車は、
  その構造に根本的な欠陥があり、高い音圧の超低周波音を発生させるが、
  垂直軸型の風車は、そうでは無い。
  となるのです。
  
  皆様の力を貸して下さい。
  よろしくお願いします。

    補足日時：2023/04/26 10:29

• グラフを追加します
  左の端に青い線があります。風車の超低周波音です。

  
    補足日時：2023/04/26 19:02

• 風車音の低周波領域を拡大したものです。

  
    補足日時：2023/04/26 19:03

• 工場での音です。
  10Hzの超低周波音があります。

  
    補足日時：2023/04/26 19:05

• 計測した風車音を３つの帯域に分けたものを比べてみました。
  風車音の周波数帯ごとの比較　（0Hz～20Ｈｚ青、20Hz～200Hz緑、200Hz～24000Hz赤）
  200Ｈｚ以上の高周波部分の振幅の変動があることも確認できましたが、
  どう見ても、超低周波音（０Hz～２０Hz）のエネルギーが圧倒的に大きいのです。

  
    補足日時：2023/04/26 19:28

• 

  環境省HPの記述。
  “風車の超低周波音の発生原理は基本的には送風機のいわゆる回転音と呼ばれるものと似ている。大型発電用風車の場合は、羽根の枚数が少なく、回転数も小さいために正常運転でも超低周波音を発生することがある。その基本周波数f（Hz）は、翼の回転数をR（rpm）、翼枚数をZ（枚）とするとｆ＝RZ/60　(Hz）で与えられ、この基本周波数とその高次の周波数が卓越する。大型発電用風車の場合は、一般に翼枚数は1～3 枚（3 枚が主）、回転数は30～60（rpm）程度であり、基本周波数は数Hz 以下になる。“
  
  低周波音の測定方法
  （2）建具等のがたつき
  中心周波数 1～50Hz の 1/3 オクターブバンド音圧レベルを測定。
  （3）圧迫感・振動感
  中心周波数 1～80Hz の 1/3 オクターブバンド音圧レベルを測定
  
  最近の風車は0.5Hｚ程度ですが、0.5Ｈｚの音は計測対象外です。

    補足日時：2023/04/27 09:24

No.1 ベストアンサー 回答者： himagene 回答日時： 2023/04/26 17:48

音の話に量子力学は関係ないでしょう。

計算力はお持ちの様なので方程式の各項の意味や解の適用限界と意味を形状や流速、密度と温度（あるいは圧力）などに当てはめて考えて具体的なイメージを掴む練習をします。演習問題を沢山解くことです。あなたの場合はこの訓練ができていないように思います。
いきなり難しい問題に挑戦しても素人がエベレストや冬山に挑戦する様なもので遭難する可能性が高いです。具体的な場面を簡単なモデルに置き換えて下位を得てから次第に複雑な系にします。簡単な系というのは各パラメータを比較して影響が小さなものを無視できるような系を言います。当然比較するパラメータの次元は互いに等しい必要があります。
モデル化で近似解を得ておけば、微妙な点を除いて数値解析で得た答えが間違っているかはすぐに見当がつくと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

物理は初心者ですので、量子力学が関係あるか無いのかの判断も出来ません。
教えてgooで質問した時に、ポテンシャルの関連で、量子力学の勉強をすれば分かるとのアドバイスをいただいたので、読む順番の中に入れたのです。

物理学でのモデル化と数値解析は、やったことはありませんが、資料を見ながら挑戦してみます。CとC++を使ってのソフト開発は長い間やっているので、
何とかなると思います。

具体的な手掛かりをいただいて感謝しています。
ありがとうございました。

お礼日時：2023/04/26 18:31

No.2 回答者： himagene 回答日時： 2023/04/26 18:37

あなたの知りたいことをやっておられる方がいますね。

十年前の解説ですが、
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jweasympo/3 …

この回答へのお礼

ありがとうございます。

私も計測しました。精密騒音計は普通に使うと1Hz～20ｋHzの範囲しか書かれません。
リオン社の人に相談して、精密騒音計を音圧の記録機能だけに絞って使う事にして、サンプリングレート48ｋHzで音圧を記録した60秒間のでデータをPCで解析しました。こうすると、0.016667Hzからの周波数で調べる事が出来ます。

グラフを３個示します。
ほとんど何もなくて、左端に細い線があるのが風車音の周波数スペクトルです。0.8Hzで0.15パスカルになっています。
この低周波域を拡大したものを示すと、ピーク値が規則的に並んでいるのが分かります。
広帯域で音が出ているのが、工場での騒音です。

私の計算では、
風車音のエネルギーの93％は、0～20Ｈｚの範囲
20Ｈｚ以上の部分は7％くらいでした。
教えていただいた論文とは全く違う結論になってしまいました。

お礼日時：2023/04/26 19:00