高速气流、不稳定气流以及由于气流与物体相互作用产生的噪声，称为空气动力性噪声。

按空气动力性噪声的产生机制和特性，又可分为喷射噪声、涡流噪声、旋转噪声和周期性进

排气噪声等。激波与火焰燃烧的运动状态也满足气体动力学的一般规律，故激波噪声与燃烧

噪声也属于空气动力性噪声。

（1）喷射噪声

气流从管口高速（介于声速与亚声速之间）喷射出来，由此而产生的噪声称为喷射噪声（亦

称喷注噪声），如喷气发动机排气噪声和高压容器排气噪声就是喷射噪声。图2-1-5为圆形喷嘴

排放气流示意图。

喷射噪声是从管口喷射出来的高速气流与周围静止空气激烈混合时产生的，最简单的自由喷 图1 

圆形喷嘴排放气流示意图射是由一个高压容器通过一个圆形喷嘴排放气流。气体在容器内速度等于零，

在圆管的最窄截面处流速达到最大值，下面介绍这种喷射噪声的成因和特点。

图1图形喷嘴排放气流示意图

1-压力容器 2-喷口 3-湍流混合区 4-势核

管口喷射出的高速气流，由于内部静压低于周围静止气体的压强，所以在高速气流周围产生强烈的引

射现象，沿气流喷射方向，在一定距离内大量气体被喷射气流卷吸进去，从而喷射气流体积越来越大，

速度逐渐降低。但在喷口附近，仍保留着体积逐渐缩小的一小股高速气流，其速度仍保持喷口处气流速

度，常被称为喷射流的势核。势核长度约为喷口直径的5倍。在势核周围内，高速气流与被吸进的气体剧

烈混合，这是一段湍化程度极高的定向气流。在这段区域内由势核到混合边界的速度梯度大，气流之间存

在着复杂多变的应力，涡流强度高，气流内各处的压强和流速迅速变化，从而辐射较强的噪声。

在稳定的自由喷射流中，气体的流出速率是不变的，也不存在固体边界与气流作用产生的力。又因为在亚

声速与跨声速的喷射气流中黏滞应力与热传导的影响可以忽略不计，所以波动方程式可以写成：

式1

式中 P₀v_iV_j；——转移动量；

P₀y_i—i方向的动量；

V_i——沿j方向的气流速度。

由式(1)可以看出，稳态喷射流中唯一的噪声源来自于转移动量的梯度张量。图2为喷口下游噪声频谱

和强度。1、3、4、5、7分别表示以喷口直径表示的到喷口的下游距离。

在图2中，流体体元从A点流向B点，由于从A到B的，所以体元在这段处于减速状态，从而辐射喷射噪

声。由此可知，喷射噪声主要取决于喷射流速度场，并且只有存在高速度剪切层和强湍化区才能产生喷射

噪声。

图2喷口下游噪声频率和强度

图 2中所示为计算所得的曲线，计算点选在喷射下游处距喷口不同位置，计算湍化强度和由剪切层辐

射的噪声频谱、相对强度。由图可见，在距离喷口4~5倍喷口直径处，喷射噪声最强。这说明在接近势核

尾部区域的剪切层内，气流的湍化得到充分提高，气流内各向应力的急剧变化使气流内介质体元的运动状

态、密度、压力发生复杂的变化，因而辐射较强的噪声。而在离喷口较近的地方，由于剪切层内气流尚未

充分混合，因而湍化强度不高，喷射噪声也较低。在远离喷口的地方，则由于在势核以外涡流得到充分发

展，体积增大，强度减弱，剪切层速度梯度大大减小，使得喷射噪声又逐渐降低，所以，在距喷口为喷口

直径6倍的区域内设法降低噪声，对控制喷射噪声具有重要意义。

喷射噪声具有四极子声源的辐射特性。从理论分析和实验得知，射流速度在亚声速至声

速的范围内，喷射噪声的声功率W如式(2)所示：

式2

式中 K——在一定状态下的比例常数，与喷射气流和周围静止气体的密度及热力学温度有关；

S——喷口截面积；

p——介质密度；

V——喷射流出口速度；

C——介质中的声速；

M—一马赫数，M=

^{—喷射的机械功率。}

喷射噪声的辐射效率n如式(3)所示：

式3

喷射噪声的辐射效率与马赫数的五次方成正比。图2-1-7为三种状态参量(7)=10、1、0.1下的辐射效

率与马赫数的关系曲线。图中标注的p；为喷射气流密度，T为喷射气流热力学温度，p为周围静止空

气的密度，T为周围静止空气的热力学温度。

图3不同状态喷口辐射效率与马赫数的关系曲线

喷射噪声具有明显的指向性，最大噪声分布在喷口轴向30°~40°范围内。喷射气流速度达到声速时，其典型喷射噪声

指向图如图4所示。从这个指向图中可以近似估计喷射噪声在某一确定方向上的噪声。在自由喷射流的远

场区，喷射噪声的频谱图为中间高两边逐渐降低的馒头形，如图5所示。

峰值频率f可由式(4)得出：

式4

式中 β—斯特劳哈尔数，可取为0.2；

V——喷嘴出口处喷射流流速，m/s；

d——喷嘴直径，m。

从式(4)中可以看出，峰值频率与喷嘴直径有关，因此采用多个小面积喷口代替一个较大面积的喷口，可提高fp。

提高fp，则有利于消除高频噪声。

图4喷射噪声指向图

图5自由喷射噪声频谱图

一般情况下，根据图3图5和式(2)~式(5)，可以近似估计喷射噪声的总声功率级、指向性

和自由喷射噪声远场频谱。

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