Page 11 - 《应用声学》2024年第6期

第 43 卷 第 6 期 王明军等： 声波扰动近地面边界层湍流脉动特性 1187

速度的极大值由声源右侧转移到声源上部，上下涡 辨，流体呈散乱无规则的脉动趋势，流速和流动轨
漩尾迹变短，长度仅为低频率声波作用长度的一半。 迹均发生改变；随着声波频率增大到 12 kHz 左右
同时对比速度云图发现，声波频率较低时对湍流脉 时，如图 9(c) 所示，流速的极大值由声源上方转移
动流速影响较小。 到声源左侧方，说明声波频率的增大确实能产生更
可听声频率范围为 20∼20000 Hz，图 9 给出了 强的扰动作用，会直接影响湍流的流动轨迹，但是
在声场强度一定的情况下，当声波频率达到10 kHz 对流速的影响比较微弱，流速始终保持在一个量级
以上时，高频声波对近地面边界层内湍流脉动的 内；当声波频率大于 12 kHz 时，如图 9(d) 所示，声
影响。由图 9(a)、图 9(b) 可以看出，当声波频率增 波扰动对湍流的影响逐渐减弱，导致声波诱导湍
大，声源附近流体脉动的两列漩涡全部破裂，涡流 流流速变化迟缓，因此驱动参数的选择需要有一定
作用逐渐减弱甚至消失，流场内的流线不再清楚可 的区间。

10 10
8 4.0 8 5
ᰴए/m 6 4 3.0 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 ) ᰴए/m 6 4 4 3 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 )

2 2.0 2 2
0 1.0 0 1
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(a) f=300 Hz (b) f=600 Hz
10 10
8 5 8 7 6
ᰴए/m 6 4 4 3 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 ) ᰴए/m 6 4 5 4 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 )

2 2 2 3 2
1 1
0 0
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(c) f=900 Hz (d) f=1200 Hz
图 8 声波频率对大气湍流脉动流速的影响
Fig. 8 Influence of acoustic wave frequency on the atmospheric turbulent pulsating velocity

10
10
7 8 7
8 6 6 6
ᰴए/m 6 4 5 4 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 ) ᰴए/m 4 5 4 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 )
2 3 2 3
2 2
0 1 0 1
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(a) f=10 kHz (b) f=11 kHz
10
10
6.0
8 5.0 8 4.0
3.5
ᰴए/m 6 4 4.0 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 ) ᰴए/m 6 4 3.0 ᤴएܸ࠵/(mSs -1 )
2.5
3.0
2 2.0 2 2.0
0 1.0 0 1.5
1.0
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(c) f=12 kHz (d) f=13 kHz
图 9 高频声波对大气湍流脉动流速的影响
Fig. 9 Influence of high-frequency acoustic waves on the atmospheric turbulent pulsating velocity