Page 14 - 《应用声学》2024年第6期

1190 2024 年 11 月

温度 T = 20 C、参考声压 p ref = 2×10 −5 Pa时，初 2.2
◦
L sp=130 dB
2
始黏度 µ 0 = 1.711 × 10 −5 N·s/m 。图 14为声波扰 2.0 L sp=140 dB
L sp=150 dB
动大气湍流雷诺数的变化曲线。由图 14 可以看出， 1.8 L sp=160 dB
在温度恒定的情况下，改变声压级大小可对湍流产 1.6
生不同程度的影响，声压级越大，气体所受压力越 ᭇឳ஝ ReT  1.4
大，声波影响之后的惯性力大于黏性力，在声源上方 1.2
会产生更强烈的垂直于流动方向的法向速度梯度，
1.0
湍流的脉动幅值越大，雷诺数越大，但是随着运动尺
0.8
度的增大，声波的扰动逐渐减弱，湍流黏性力占据主
0.6
导因素。因此随着距离的增大，雷诺数呈现不断减 0 5 10 15 20
᫂ए L/m
小的趋势，最后趋于平稳。
图 14 声波扰动大气湍流雷诺数变化曲线
1.25 ௄ܦ੸ү Fig. 14 The Reynolds change curve of atmo-
ᑢүืᤴ U rms /(mSs -1 ) 1.15 贝数来描述气流的旋转程度 [17] ：
దܦ੸ү
1.20
spheric turbulence disturbed by acoustic waves
当声波扰动之后气流发生脉动时，一般用罗斯
1.10
U
1.05
1.00 Ro = zf ′ , (16)
式(16) 中，z 为运动尺度，U 为声波扰动近地面边界
0 5 10 15 20
᫂ए L/m 层内湍流平均流速，f = 2w sin ϕ 为流体所受科里
′
(a) y=0 m
奥利力，w、ϕ分别表示地球自转的角速度和纬度。
根据单个声波驱动周期内的湍流平均脉动流
2.0
௄ܦ੸ү 速的变化并结合式 (16) 进行数值模拟，图 15 为在
ᑢүืᤴ U rms /(mSs -1 ) 1.6 局地取定流体受科里奥利力 ϕ = 34、w = 7.29×
దܦ੸ү
1.8
−5
rad/s 时，声波扰动大气湍流罗斯贝数变化曲
10
1.4
线。由图 15 可以看出，在科里奥利力频率一定、水
1.2
1.0 平运动尺度足够大的情况下，声波扰动气流的脉动
程度随着高度的增加逐渐减小，但是在同一高度下，
0 5 10 15 20
声压级越大表明声波扰动之后机械湍流运动越大。
᫂ए L/m
(b) y=0.5 m
25
L sp=130 dB
1.5 24 L sp=140 dB
௄ܦ੸ү L sp=150 dB
23 L sp=160 dB
దܦ੸ү
1.4
ᑢүืᤴ U rms /(mSs -1 ) 1.3 Ꭽள᠅஝ Ro 21
22
20
1.2
19
1.1
17
1.0 18
16
0 5 10 15 20
᫂ए L/m 15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(c) y=1.0 m
ᰴए z/m
图 13 声波频率 1200 Hz 时不同截面处的脉动流速变化
图 15 声波扰动大气湍流罗斯贝数变化曲线
Fig. 13 Pulse flow velocity change at different dis-
Fig. 15 The Rossby change curve of atmospheric
tances at acoustic frequency 1200 Hz
turbulence disturbed by acoustic waves