Page 34 - 《振动工程学报》2025年第8期
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              脉动效应由较强的升力脉动产生，而流向压力脉动                            100~1000 Hz 主 要 频 段 内 气 动 噪 声 计 算 值 与 声 学
              效应由较弱的气动阻力形成。与圆柱工况相比，上                            风洞 测 试 结 果 吻 合 良 好 ，数 值 计 算 声 压 级 幅 值 与
              游杆件中，椭圆柱和海豹胡须柱在 360°径向范围内                         主 频 值分 别 为 77.6 dB 和 177.0 Hz，与 相 应 测 试 值
              均有降噪效果，其中椭圆柱降噪 6~11 dB；海豹胡须                       76.2 dB 和 178.0 Hz 较一致，误差在 2% 以内；另外
              柱降噪 14~16 dB。下游杆件中，在 360°径向范围内                    位于 535 Hz 谐频的小振幅峰值在数值计算中也被
              椭圆柱降噪 1~7 dB，其中流向方向上沿通过椭圆柱                        准确捕捉到。因此，风洞测试结果验证了数值计算
              中心线位置降噪 7.3 dB；海豹胡须柱降噪 7~13 dB。                   的准确性。
              海豹胡须柱降噪效果明显优于椭圆柱和圆柱，且上

              游杆件的降噪效果更好。

              3 声学风洞测试



              3. 1 试验设置

                  三种串列类圆柱体工况气动噪声测试在北京航
              空航天大学 D5 气动声学风洞中进行。该风洞喷口
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              面积为 1 m  （1 m×1 m），试验段长度为 2 m，试验风
              速为 30、45 和 60 m/s，中心区域湍流度低于 0.08%，
              串 列 类 圆 柱 杆 件 沿 风 洞 喷 口 垂 向 中 心 线 固 定（见                  图 17  噪声频谱数值计算与测试结果比较
                                                                Fig. 17  Comparisons  of  noise  spectra  between  numerical
              图 16），上游圆柱中心距离喷口 0.89 m，下游圆柱中
                                                                       simulations and experimental measurements
              心距离集气口 0.96 m。试验杆件位于流场内，高度
              为 1 m，大于 25 倍圆柱直径 D，在测试圆柱横向中截
                                                                3. 3 不同来流速度下的试验结果
              面远场噪声时可将杆件视为无限长                ［28］ 。远场传声器
              测点位置与数值模拟中声接收点 A 一致（如图 13 所                            不同来流速度下串列类圆柱杆件远场测点声压
              示），位于串列类圆柱杆件中截面、正对两杆件中心                           级频谱曲线如图 18 所示，试验结果表明：随着来流
              连线中间位置且距离为 1.5 m 处。                               速度增加，与串列圆柱杆件相比，串列椭圆柱的涡脱
                                                                落主频增加（斯特劳哈尔数增大 66%），主频对应峰
                                                                值也增加，这是由于串列圆柱杆件上、下游圆柱表面
                                                                产生了相位相反的涡脱落（如图 6 所示），使得两圆

                                                                柱在远场产生的气动噪声相互抵消，导致串列圆柱
                                                                辐射噪声低于串列椭圆柱。但如前所述，数值计算
                                                                时当声源分别设为串列圆柱或串列椭圆柱的上、下
                                                                游杆件时，圆柱工况产生的气动噪声高于椭圆柱工
                                                                况，这是因为由单根杆件产生的气动噪声不存在相
                                                                互抵消现象。与串列圆柱和串列椭圆柱工况相比，
                                                                串列海豹胡须柱破坏了串列圆柱尾流规律性脱落的
                             图 16  声学风洞测试
                                                                卡门涡街，抑制了峰值噪声的形成，使得多数频段内
              Fig. 16  Experimental  measurements  in  the  anechoic  wind‑
                     tunnel                                     声压级曲线幅值远低于串列圆柱和串列椭圆柱。不
                                                                同来流速度下串列类圆柱杆件远场测点总声压级如
              3. 2 计算试验验证
                                                                表 1 所示，当来流速度从 30 增至 60 m/s 时，与串列
                  串列圆柱位于声接收点 A 处的气动噪声数值                         圆 柱 相 比 ，串 列 椭 圆 柱 远 场 测 点 总 声 压 级 增 加
              计算与风洞测试结果比较如图 17 所示，由于数值计                         5.4~7.0 dB，而串列海豹胡须柱远场测点总声压级
              算与风洞试验模型的展向长度不同，根据文献［29］                          降低 3.4~4.0 dB，表明串列海豹胡须柱具有较好的
              中 所 述 方 法 进 行 远 场 气 动 噪 声 修 正 。 可 以 发 现 ，         气动噪声降噪效果，可应用于实际工程领域中类圆
              100  Hz 以 下 的 差 异 主 要 来 自 于 风 洞 背 景 噪 声 ，         柱杆件气动噪声控制。
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