Page 9 - 《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 1185

10 10
8 155 8 160
150
150
ᰴए/m 6 4 145 ঴ܦԍጟ/dB ᰴए/m 6 4 140 ঴ܦԍጟ/dB
140
135 130
2 2
130 120
0 125 0
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
᫂ए/m ᫂ए/m
(a) f=300 Hz (b) f=600 Hz
10 10
8 160 8 160
150
150
ᰴए/m 6 4 140 ঴ܦԍጟ/dB ᰴए/m 6 4 140 ঴ܦԍጟ/dB
130
120
130
2 120 2 110
100
110 90
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 4 声波驱动产生的声压级分布
Fig. 4 Sound pressure level distribution generated by acoustic wave drive
160 160
P a =200 Pa P a =200 Pa
P a =500 Pa P a =500 Pa
150 P a =800 Pa 155 P a =800 Pa
P a =1000 Pa 150 P a =1000 Pa
140
ܦԍጟ L sp /dB 130 ܦԍጟ L sp /dB 145

120

110 140
135
100 130
0 5 10 15 20 2 4 6 8 10
᫂ए L/m ᰴए z/m
(a) ඵࣱ੕᭧ (b) ۇᄰ੕᭧
图 5 声波驱动产生的声场能量分布线图
Fig. 5 Energy distribution diagram of acoustic field generated by acoustic wave drive
的趋势，但是因为边界条件的设置，当高度增大到边
2.2 有无声波驱动下的近地层湍流脉动特性
界层顶部这个范围内，风速的变化因壁面的摩擦会
在对声波作用下近地面层大气湍流脉动特性 减缓风的流动呈现较平缓且逐渐减小的趋势，可以
研究中，首先需要对没有施加任何声场作用的近地 看到整个流场内的流线清晰，并没有产生复杂的流
面风场做模拟计算，把近地面平均风速廓线的变换 动；对比声场作用下的湍流脉动云图，可以发现在外
关系式代入声流场耦合的关系式中计算，并以此作 加动力源的情况下，声源上方的大气湍流脉动明显
为声波扰动大气湍流脉动特性研究中的对照组。设 增强，因为声波的扰动会推动空气流动，从而增加风

置近地面初始风速 U 0 = 1 m/s，图 6(a)、图 6(b) 分 速。在声源上方的流速明显大于其他位置，扰动作
别为有无声场作用下近地面层大气湍流脉动达到 用更为明显，进一步说明可以外加动力源来破坏大
稳定状态下的对比云图。从图中可以看出，在无声 气的初始流动状态，扩大分子之间的接触机会，增加
源作用时，近地面层风速随高度的变化呈逐渐增大 各流层之间的脉动。