平板湍流边界层的声辐射Ξ.PDF

第 17 卷　第 3 期 应 用 力 学 学 报 . 17　 . 3 V o l N o 2000 年 9 月 CH INESE JOURNAL OF APPL IED M ECHAN ICS Sep. 2000 平板湍流边界层的声辐射 李福新　张宇文　石秀华 ( 西北工业大学　西安　710072) 摘　　要 基于平板湍流边界层的壁压起伏波数—频率谱, 给出了一种湍流边界层声辐射 的估算方法, 并对光滑平板湍流边界层和平板表面粗糙度引起的湍流边界层声辐射 进行了分析。结果表明: 湍流边界层声辐射是一种四极子声辐射, 且其辐射声能集中 于平板表面粗糙度引起的湍流边界层声辐射; 光滑平板湍流边界层的声辐射也不可 忽略。 关键词: 声辐射; 湍流边界层; 波数—频率谱 1　引　言 流体流经物体时, 在其表面将形成边界层。同时, 充分发展的湍流边界层中的涡将向外辐 射声波。湍流边界层声辐射是流动噪声的主要组成部分, 因而是许多工程领域关注的问题。目 前, 关于湍流边界层声辐射, 主要集中于其发声机理的研究, 而对其辐射声压谱的估算则较为 少见[ 1- 3 ]。 [ 1 ] 利用质量守恒方程、动量守恒方程、状态方程和能量方程, 通过保留方程中 H ardin 的高阶项, 对湍流边界层的声辐射机理进行了详细的讨论, 分析结果表明: 雷诺应力起伏是湍 [ 2 ] 流边界层的主要声源。而李福新等 则证明了边界层壁面剪切应力起伏不是源项, 仅对声波起 [ 3 ] 吸收作用。朱锡清等 基于 Cu rle 气动声学理论, 通过采用湍流边界层壁面及脉动自功率谱, 对光滑壁面的湍流边界层辐射声压谱进行了分析。但湍流边界层壁面脉动自功率谱通过空间 ( 傅里叶变换后所得的波数—频率谱的波数 k 的范围为 0～ ∞, 且大部分能量集中于迁移域 k ) ( ) k 0 , k 0 为声波波数 。而实际上, 只有在低波数域 k ≤k 0 的波数 — 频率谱才能向外辐射声 波[ 1, 4 ]。因此他们所得的湍流边界层辐射声压谱将远大于实际的声压谱。本文拟直接将扰动雷 诺应力作用为声源, 采用光滑及粗糙壁面的湍流边界层壁压起伏波数 — 频率谱, 对边界层的 辐射声压谱进行估算。 中船总基金资助 来稿日期: 修回日期: © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 18 应 用 力 学 学 报 第 17 卷 2　刚性平板湍流边界层的辐射声压 ( ) 在低马赫数情况下 M = U c 1, U 为来流速度; c 为水介质中的声