Page 5 - 《应用声学》2024年第6期

第 43 卷 第 6 期 Vol. 43, No. 6
2024 年 11 月 Journal of Applied Acoustics November, 2024

⋄ 研究报告 ⋄

声波扰动近地面边界层湍流脉动特性 ∗

王明军 1,2,3 杜桂中 1† 张佳琳 1 吴小虎 4

(1 西安理工大学自动化与信息工程学院 西安 710048)
(2 西安市无线光通信和网络研究重点实验室 西安 710048)
(3 陕西理工大学物理与电信工程学院 汉中 723001)
(4 山东高等技术研究院 济南 250100)

摘要：声波是具有能量的机械波，在大气湍流传输时会改变其物理特征参数，从而影响湍流的时空结构演化。
该文基于声波特性和大气湍流理论，结合湍流脉动流速与大气物理特征参数之间的关系式，通过理论建模和
数值模拟，分析了声波扰动下近地面边界层湍流脉动特性及流速变化，进一步探索声压级的空间分布与大气
湍流基本特征参数之间的关系，并对近地面区域内的声压级分布及流速变化进行了实验验证。结果表明：在边
界层距离声源较近的区域，声场强度越大，对湍流的扰动作用越强，湍流脉动流速变化越快，表明声源会破坏
边界层内大气湍流的初始流动状态，影响湍流的时空结构演化，然而改变声源频率，对湍流脉动速度的影响并
不是特别的明显。该文主要研究地空链路声波特性与大气湍流结构时空演化物理特性之间的变化规律，数值
计算结果可为地空链路光电对抗中大气湍流环境光传输信道特性的改善和干扰提供理论依据。
关键词：声波特性；近地面层湍流；湍流脉动特性；大气特征参数
中图法分类号: TB57; TB132 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2024)06-1181-12
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2024.06.001

The turbulent pulsation characteristics in the near-surface boundary layer

disturbed by acoustic waves

WANG Mingjun 1,2,3 DU Guizhong 1 ZHANG Jialin 1 WU Xiaohu 4
(1 School of Automation and Information Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)
(2 Xi’an Key Laboratory of Wireless Optical Communication and Network Research, Xi’an 710048, China)
(3 School of physics and Telecommunications Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, China)

(4 Shandong Institute of Advanced Technology, Jinan 250100, China)

Abstract: Acoustic waves are mechanical waves with energy, which change their physical characteristic param-
eters when transmitted in atmospheric turbulence, thus affecting the spatial and temporal structure evolution
of turbulence. In this paper, based on the characteristics of acoustic waves and atmospheric turbulence theory,
the relationship between turbulent pulsation velocity and atmospheric physical characteristic parameters is
combined with theoretical modeling and numerical simulation to analyze the turbulent pulsation characteristics
and flow velocity changes in the near-surface boundary layer under acoustic disturbance, further explores

2023-07-11 收稿; 2023-12-18 定稿
国家自然科学基金重大研究计划培育项目 (92052106), 国家自然科学基金项目 (61771385), 陕西省重点领域创新团队项目 (2024RS-
∗
CXTD-12), 陕西省高校创新团队、西安市重点产业链关键核心技术攻关项目 (103-433023062), 咸阳市重点研发计划项目 (L2023-
ZDYF-QYCX-025), 河南省可见光通信重点实验室基金项目 (HKLVLC2023-B05)
作者简介: 王明军 (1979– ), 男, 陕西西安人, 博士, 博士研究生导师, 研究方向: 激光散射与传输, 激光雷达和光电信号检测等。
† 通信作者 E-mail: dugz5147@163.com