高速氣流、不穩(wěn)定氣流以及由于氣流與物體相互作用產(chǎn)生的噪聲，稱為空氣動(dòng)力性噪聲。

按空氣動(dòng)力性噪聲的產(chǎn)生機(jī)制和特性，又可分為噴射噪聲、渦流噪聲、旋轉(zhuǎn)噪聲和周期性進(jìn)

排氣噪聲等。激波與火焰燃燒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也滿足氣體動(dòng)力學(xué)的一般規(guī)律，故激波噪聲與燃燒

噪聲也屬于空氣動(dòng)力性噪聲。

（1）噴射噪聲

氣流從管口高速（介于聲速與亞聲速之間）噴射出來，由此而產(chǎn)生的噪聲稱為噴射噪聲（亦

稱噴注噪聲），如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲和高壓容器排氣噪聲就是噴射噪聲。圖2-1-5為圓形噴嘴

排放氣流示意圖。

噴射噪聲是從管口噴射出來的高速氣流與周圍靜止空氣激烈混合時(shí)產(chǎn)生的，最簡單的自由噴 圖1 

圓形噴嘴排放氣流示意圖射是由一個(gè)高壓容器通過一個(gè)圓形噴嘴排放氣流。氣體在容器內(nèi)速度等于零，

在圓管的最窄截面處流速達(dá)到最大值，下面介紹這種噴射噪聲的成因和特點(diǎn)。

圖1圖形噴嘴排放氣流示意圖

1-壓力容器 2-噴口 3-湍流混合區(qū) 4-勢核

管口噴射出的高速氣流，由于內(nèi)部靜壓低于周圍靜止氣體的壓強(qiáng)，所以在高速氣流周圍產(chǎn)生強(qiáng)烈的引

射現(xiàn)象，沿氣流噴射方向，在一定距離內(nèi)大量氣體被噴射氣流卷吸進(jìn)去，從而噴射氣流體積越來越大，

速度逐漸降低。但在噴口附近，仍保留著體積逐漸縮小的一小股高速氣流，其速度仍保持噴口處氣流速

度，常被稱為噴射流的勢核。勢核長度約為噴口直徑的5倍。在勢核周圍內(nèi)，高速氣流與被吸進(jìn)的氣體劇

烈混合，這是一段湍化程度極高的定向氣流。在這段區(qū)域內(nèi)由勢核到混合邊界的速度梯度大，氣流之間存

在著復(fù)雜多變的應(yīng)力，渦流強(qiáng)度高，氣流內(nèi)各處的壓強(qiáng)和流速迅速變化，從而輻射較強(qiáng)的噪聲。

在穩(wěn)定的自由噴射流中，氣體的流出速率是不變的，也不存在固體邊界與氣流作用產(chǎn)生的力。又因?yàn)樵趤?/span>

聲速與跨聲速的噴射氣流中黏滯應(yīng)力與熱傳導(dǎo)的影響可以忽略不計(jì)，所以波動(dòng)方程式可以寫成：

式1

式中 P₀v_iV_j；——轉(zhuǎn)移動(dòng)量；

P₀y_i—i方向的動(dòng)量；

V_i——沿j方向的氣流速度。

由式(1)可以看出，穩(wěn)態(tài)噴射流中唯一的噪聲源來自于轉(zhuǎn)移動(dòng)量的梯度張量。圖2為噴口下游噪聲頻譜

和強(qiáng)度。1、3、4、5、7分別表示以噴口直徑表示的到噴口的下游距離。

在圖2中，流體體元從A點(diǎn)流向B點(diǎn)，由于從A到B的，所以體元在這段處于減速狀態(tài)，從而輻射噴射噪

聲。由此可知，噴射噪聲主要取決于噴射流速度場，并且只有存在高速度剪切層和強(qiáng)湍化區(qū)才能產(chǎn)生噴射

噪聲。

圖2噴口下游噪聲頻率和強(qiáng)度

圖 2中所示為計(jì)算所得的曲線，計(jì)算點(diǎn)選在噴射下游處距噴口不同位置，計(jì)算湍化強(qiáng)度和由剪切層輻

射的噪聲頻譜、相對(duì)強(qiáng)度。由圖可見，在距離噴口4~5倍噴口直徑處，噴射噪聲最強(qiáng)。這說明在接近勢核

尾部區(qū)域的剪切層內(nèi)，氣流的湍化得到充分提高，氣流內(nèi)各向應(yīng)力的急劇變化使氣流內(nèi)介質(zhì)體元的運(yùn)動(dòng)狀

態(tài)、密度、壓力發(fā)生復(fù)雜的變化，因而輻射較強(qiáng)的噪聲。而在離噴口較近的地方，由于剪切層內(nèi)氣流尚未

充分混合，因而湍化強(qiáng)度不高，噴射噪聲也較低。在遠(yuǎn)離噴口的地方，則由于在勢核以外渦流得到充分發(fā)

展，體積增大，強(qiáng)度減弱，剪切層速度梯度大大減小，使得噴射噪聲又逐漸降低，所以，在距噴口為噴口

直徑6倍的區(qū)域內(nèi)設(shè)法降低噪聲，對(duì)控制噴射噪聲具有重要意義。

噴射噪聲具有四極子聲源的輻射特性。從理論分析和實(shí)驗(yàn)得知，射流速度在亞聲速至聲

速的范圍內(nèi)，噴射噪聲的聲功率W如式(2)所示：

式2

式中 K——在一定狀態(tài)下的比例常數(shù)，與噴射氣流和周圍靜止氣體的密度及熱力學(xué)溫度有關(guān)；

S——噴口截面積；

p——介質(zhì)密度；

V——噴射流出口速度；

C——介質(zhì)中的聲速；

M—一馬赫數(shù)，M=

^{—噴射的機(jī)械功率。}

噴射噪聲的輻射效率n如式(3)所示：

式3

噴射噪聲的輻射效率與馬赫數(shù)的五次方成正比。圖2-1-7為三種狀態(tài)參量(7)=10、1、0.1下的輻射效

率與馬赫數(shù)的關(guān)系曲線。圖中標(biāo)注的p；為噴射氣流密度，T為噴射氣流熱力學(xué)溫度，p為周圍靜止空

氣的密度，T為周圍靜止空氣的熱力學(xué)溫度。

圖3不同狀態(tài)噴口輻射效率與馬赫數(shù)的關(guān)系曲線

噴射噪聲具有明顯的指向性，最大噪聲分布在噴口軸向30°~40°范圍內(nèi)。噴射氣流速度達(dá)到聲速時(shí)，其典型噴射噪聲

指向圖如圖4所示。從這個(gè)指向圖中可以近似估計(jì)噴射噪聲在某一確定方向上的噪聲。在自由噴射流的遠(yuǎn)

場區(qū)，噴射噪聲的頻譜圖為中間高兩邊逐漸降低的饅頭形，如圖5所示。

峰值頻率f可由式(4)得出：

式4

式中 β—斯特勞哈爾數(shù)，可取為0.2；

V——噴嘴出口處噴射流流速，m/s；

d——噴嘴直徑，m。

從式(4)中可以看出，峰值頻率與噴嘴直徑有關(guān)，因此采用多個(gè)小面積噴口代替一個(gè)較大面積的噴口，可提高fp。

提高fp，則有利于消除高頻噪聲。

圖4噴射噪聲指向圖

圖5自由噴射噪聲頻譜圖

一般情況下，根據(jù)圖3圖5和式(2)~式(5)，可以近似估計(jì)噴射噪聲的總聲功率級(jí)、指向性

和自由噴射噪聲遠(yuǎn)場頻譜。

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