Page 10 - 《应用声学》2024年第6期

1186 2024 年 11 月

10 10
8 4.0 8 5.0
4.5
ᰴए/m 6 4 3.0 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 ) ᰴए/m 6 4 4.0 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 )
3.5
3.5
2.5
3.0
2 2.0 2 2.5
2.0
1.5 1.5
0 1.0 0 1.0
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(a) ௄ܦڤ᯶ү (b) దܦڤ᯶ү
图 6 有无声场驱动下的速度云图
Fig. 6 A velocity cloud with or without acoustic driving

10 10
4.5
8 4.0 8 6
ᰴए/m 6 4 3.5 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 ) ᰴए/m 6 4 5 4 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 )
3.0
2.5
2 2.0 2 3 2
1.5
0 1.0 0 1
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(a) L sp =130 dB (b) L sp =140 dB
10 10
8 8 7 8 12
ᰴए/m 6 4 6 5 4 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 ) ᰴए/m 6 4 10 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 )
8
6
2 3 2 4
2 2
0 1 0
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(c) L sp =150 dB (d) L sp =160 dB

图 7 声压级对大气湍流脉动流速的影响
Fig. 7 Influence of acoustic pressure level on the atmospheric turbulent pulsating velocity

2.3 声波驱动特性对近地层湍流脉动的影响 层之间不但有滑动，还有混合，这时流体出现不规则

图7给出了声波频率为f = 1200 Hz，声压级的 脉动，可以发现声波扰动流体的一个主要特征是可
大小分别为 130 dB、140 dB、150 dB 和 160 dB 时， 以在振源附近位置形成涡流，说明高强声容易引起
声压级对近地面边界层内湍流脉动的影响。由图 7 介质的强烈扰动。
可以看出，声压级较小为 (130 dB) 时，声压级对流 声波频率是描述声波在介质中传播的周期性。
速影响很小甚至不起作用，主要原因是此时的驱动 图 8 给出了当固定声压级为 145 dB，声波频率分别
压力不足以引起流体脉动或脉动作用非常微弱，可 为300 Hz、600 Hz、900 Hz 和 1200 Hz 时，声波频率
以发现流体的流速很慢，流体仍然分层流动，互不混 的变化对近地面边界层内湍流脉动的影响。由图 8
合，保持层流的流动状态；当声压级增大到 140 dB 可以看出，当声波频率较小(f = 300 Hz)时，湍流脉

时，流体开始出现波动性摆动，流动轨迹发生明显变 动变化的极大值在声源右侧附近，并伴两列涡漩产
化，说明声波辐射的压力能够使流体受到吸引力或 生，随着距离声源越来越远，声波扰动湍流脉动趋
者排斥力而改变周围流体原来的运动轨迹，从而使 势逐渐减弱；当频率增大到 f = 600 Hz 时，湍流脉
流体的内部结构从量变到质变；随着声压级增加到 动速度发生变化，并且垂直于流线方向的分速度逐
150∼160 dB 之后，流体流速逐渐增大，层流的流线 渐增强，说明声波与湍流的相互作用导致了更强的
已经不能清楚分辨，会出现涡漩，层流被破坏，在声 涡旋生成和湍流运动趋势；当声波频率大于 600 Hz
源上方，垂直于流线方向的分速度逐渐增强，相邻流 时，声源右侧形成的两列涡漩逐渐破裂，湍流脉动