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L U S H I J I A L A B O R A T O R Y 2018年杭州会议 涡与湍流研究新进展系列学术讲座 湍流与噪声 刘沛清 北京航空航天大学陆士嘉实验室 2018年6月23 日 主讲人介绍 刘沛清现任北京航空航天大 学陆士嘉实验室（工信部气 动声学重点实验室）主任， 教育部流体力学实验室责任 教授，博士生指导教师。空 气动力学国家级精品课负责 人，国家级航空航天实验教 学中心主任，北京市教学名 师，中国空气动力学学会第 六届理事会理事，第十届流 体力学专业委员会工业与环 境流体力学专业组。 1 、湍涡与声 2、湍涡特征 3、气动声学特性 4、典型绕流的气动声学 涡 刚性涡及其诱导剪切层 柱涡 螺旋涡 湍流是大家熟知的一类复杂的流动现象，我国著名流体力 学家周培源称湍流是一种不规则的旋涡运动。从表观上看， 湍流中一般伴随着大大小小不等强度的旋涡运动，这些不 规则的旋涡是引起湍流场物理量脉动的主要原因。 通常认为：某一物理量的随机过程，大尺度涡产生大涨 落，小尺度涡产生小的涨落，如果在大涡中还含有小涡， 则会在大涨落中含有小涨落。实验发现：湍流中物理量的 脉动是一种强脉动、强非线性的时间过程，其特点是衰减 快、传播范围小。 湍流物理量的脉动与涡结构 湍流场中流体质点的速度脉动 而对于气动噪声，是在湍涡运动过程中，伴随气流压力脉动， 通过气体的弹性和惯性作用向远离流动区域空间传播的压力 波而形成的流动噪声，具有弱脉动、衰减慢、线性化、传播 范围大等特征。如果说，湍流脉动是依附在时均流动上的一 种寄生运动，那么气动噪声就是依附在湍流脉动上的一种压 力波动行为。 本文分析比较湍动射流 （自由剪切流）、壁限湍流 （单段 翼）、空腔剪切流动 （受限剪切流）、圆柱绕流 （湍尾流） 的湍流主要特征和噪声特征，特别是腔-声，涡-声等耦合 效应对气动噪声的影响。 自由剪切湍流 壁湍流 增升装置噪声 涡脱落噪声 1 、湍涡与声 2、湍涡特征 3、气动声学特性 4、典型绕流的气动声学 意大利文艺复兴时期的科学和艺术全才Da Vinci(1452-1519，在一 副关于紊流的名画中写到： 乌云被狂风卷散撕裂，沙粒从海滩上扬起，树木弯下了腰。 梵高于1889年创作的 《星空》传世名作（星云产生的大尺度涡） 文森特 ·威廉 ·梵高（Vincent Willem van Gogh，1853年～1890年），荷 兰后印象派画家。 法国工程师纳维（Claude-Louis Navier， 英国力学家与数学家斯托克斯 1785〜1836年） (George Gabriel Stokes，1819～1903年) 1822-1845推导出描述粘性流体运动的方程组（Navier-Stokes方程组） 英国物理学家雷诺(Osborne Reynolds 1842年～1912年）。1880年雷诺通过观 测圆管流动，第一次完成了流态转捩的科学试验。 1883年提出层流和湍流的概念，并建议用一个无量纲数(以后称为雷诺数)作为 判别条件。不过当时雷诺称湍流为曲折运动。 1895年（12年后）雷诺，从假设湍流瞬时运动满足 Navier-Stokes方程组出发，提出时均值概念，对N-S方程 组取时均建立了描述时均运动的雷诺方程组，从此湍流研 究开始走上封闭时均方程组的不归路。 ′ u u =+u i i i ∂u i 0 ∂x i ∂u ∂u