Acoustic radiation of a turbulent boundary layer formed above a flat smooth boundary

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A consistent theory of sound generation in a turbulent boundary layer developing over a flat smooth boundary at low Mach numbers is presented. The main source of sound and the long-wave part of pressure pulsations on the boundary in a streamline are incoming shear (viscous) waves generated by Lighthill quadrupoles in the near-wall region of the turbulent boundary layer. It is shown that with an increase in the Reynolds number (decrease in viscosity), the role of viscosity in sound generation does not decrease, but increases. Quantitative estimates of the spectrum of specific sound power generated in a turbulent boundary layer are given.

全文:

受限制的访问

作者简介

I. Belyaev

FAU TsAGI, Moscow Research Complex TsAGI

Email: vkopiev@mktsagi.ru
俄罗斯联邦, 105005, st. Radio 17, Moscow

V. Kopyev

FAU TsAGI, Moscow Research Complex TsAGI

编辑信件的主要联系方式.
Email: vkopiev@mktsagi.ru
俄罗斯联邦, 105005, st. Radio 17, Moscow

M. Mironov

FAU TsAGI, Moscow Research Complex TsAGI

Email: mironov_ma@mail.ru
俄罗斯联邦, 105005, st. Radio 17, Moscow

参考

  1. Lighthill M.J. On sound generated aerodynamically I. General theory // Proc. Royal Society A. 1952. V. 211. P. 564–586.
  2. Lighthill M.J. On sound generated aerodynamically: II. Turbulence as a source of sound. Proc. R. Soc. Lond. A. 1954. V. 222. 1–32.
  3. Голдстейн М.Е. Аэроакустика. М.: Машиностроение, 1981. 294 с.
  4. Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев Е.А. Аэродинамические источники шума. М.: Машиностроение, 1981. 288 с.
  5. Blake W.K. Mechanics of flow-induced sound and vibrations. Academic Press, 1986
  6. Curle N. The influence of solid boundaries upon aerodynamic sound // Proc. R. Soc. Lond. A. 1955. V. 231. P. 505–514.
  7. Kopiev V., Zaitsev M., Karavosov R. Experimental investigation of azimuthal structure of dipole noise for rigid cylinder inserted in turbulent jet. // 10th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA Paper 2004–2927. 2004.
  8. Gloerfelt X., Pérot F., Bailly C., Juvé D. Flow-induced cylinder noise formulated as a diffraction problem for low Mach numbers // J. Sound Vibration. 2005. V. 287(1–2). P. 129–151.
  9. Остриков Н.Н. Излучение звука распределенными квадрупольными источниками вблизи твердых тел // Акуст. журн. 2021. Т. 58(4). С. 525–525.
  10. Zamponi R., Avallone F., Ragni D., Schram, C., Van Der Zwaag S. Relevance of quadrupolar sound diffraction on flow-induced noise from porous-coated cylinders // J. Sound Vibration. 2024. V. 583. 118430.
  11. Kopiev V., Belyaev I., Zaytsev M., Zhao K. Experimental study of truncated-cylinder struts for noise reduction of large-scale landing gears // J. Sound Vibration. 2021. V. 511. 116362.
  12. Kraichnan R.H. Pressure fluctuation in turbulent flow over a flat plate // J. Acoust. Soc. Am. 1956. V. 28. N. 3. P. 378–390.
  13. Phillips O.M. On the aerodynamic surface sound from a plane turbulent boundary layer // Proc. Royal Society of London. 1956. V. 234. P. 327–335.
  14. Powell A. Aerodynamic noise and the plane boundary // J. Acoust. Soc. Am. 1960. V. 32. N. 8. P. 982–990.
  15. Ефимцов Б.М., Кузнецов В.Б., Сысоев В.А. Турбулентные пульсации касательного напряжения на стенке // Ученые записки ЦАГИ. 1983. Т. 14. № 2. С. 67–75.
  16. Howe M.S. A note on the Kraichnan – Phillips theorem // J. Fluid Mechanics. 1992. V. 234, January. P. 443–448.
  17. Наугольных К.А., Рыбак С.А. Об излучении звука турбулентным пограничным слоем // Труды Акустического института. 1971. № 16. С. 129–134. Повторение в Акуст. журн. 1980. Т. 26. № 6. С. 890–894.
  18. Константинов Б.П. О поглощении звуковых волн при отражении от твердой границы // Журн. техн. физ. 1930. Т. 9. С. 3.
  19. Савельев А.Я. Эффект Константинова в некоторых задачах акустики // Акуст. журн. 1973. Т. 29. № 2. С. 231–239.
  20. Легуша Ф.Ф. Эффект Константинова и поглощение звука в неоднородных средах // Успехи физ. наук. 1984. Т. 144. Вып. 3. С. 509–522.
  21. Morfey C.L. The role of viscosity in aerodynamic sound generation (in honour of Alan Powell) // Int. J. Aeroacoustics. 2003. V. 2. No 3 & 4. P. 225–240.
  22. Landahl M.T. Wave mechanics of boundary layer turbulence and noise // J. Acoust. Soc. Am. 1975. V. 57. No 4. P. 824–831.
  23. Реутов В.П., Рыбушкина Г.В. О дипольном излучении турбулентных всплесков в пограничном слое // Акуст. журн. 1987. Т. 33. № 1. С. 152–153.
  24. Howe M.S. The role of surface shear stress fluctuations in the generation of boundary layer noise // J. Sound Vibration. 1979. V. 65 (2). P. 159–164.
  25. Crighton D.G., Dowling A.P., Williams J.F., Heckl M.A., Leppington F.A. Modern methods in analytical acoustics: lecture notes. Springer Science & Business Media, 2012.
  26. Hariri H.H., Akylas T.R. The wall shear stress contribution to boundary layer noise // Physics of Fluids. 1985. V. 28(9). P. 2727–2729.
  27. Смольяков А.В. Длинноволновые компоненты спектра нормальных напряжений на поверхности пластины в вязком потоке // Акуст. журн. 1989. Т. 35. Вып. 3. С. 506–514.
  28. Смольяков А.В. Новая модель взаимного и частотно-волнового спектров турбулентных пульсаций давления в пограничном слое // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № 3. С. 393–400.
  29. Chase D.M. Fluctuations in wall-shear stress and pressure at low streamwise wavenumbers in turbulent boundary-layer flow // J. Fluid Mech. 1991, April. V. 225. P. 545–555.
  30. Chase D.M. Fluctuating wall-shear stress and pressure at low streamwise wavenumbers in turbulent boundary-layer flow at low Mach numbers // J. Fluids and Structures. 1992. No 6. P. 395–413.
  31. Leehey P. Structural excitation by a turbulent boundary layer: an overview // J. Vibration Stress and Reliability in Design. 1988. V. 110. P. 220–225.
  32. Dowling A.P. Underwater flow noise // Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 1998. V. 10(1). P. 135–153.
  33. Данилов С.Д., Миронов М.А. Преобразование поперечных волн в продольные на границе раздела двух сред и проблема генерации звука турбулентностью // Акуст. журн. 1985. Т. 31. № 4. С. 527–528.
  34. Chase D.M. Generation of fluctuation normal stress in a viscoelastic layer by surface shear stress and pressure as in turbulent boundary-layer flow // J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 89. No 6. P. 2589–2596.
  35. Hu Z., Morfey C.L., Sandham N.D. Sound radiation in turbulent channel flows // J. Fluid Mech. 2003. V. 475. P. 269–302; Hu Z., Morfey C.L. and Sandham N.D. Sound radiation from a turbulent boundary layer // Physics of Fluids. 2006. V. 18. 098101.
  36. Wang M., Freund J.B., Lele S.K. Computational Prediction of Flow-Generated Sound // Annu. Rev. Fluid Mech. 2006. 38. P. 483–512.
  37. Corkos G.M. Resolution of pressure in turbulence // J. Acoust. Soc. Amer. 1963. V. 35. № 2. P. 192–199.
  38. Tam C.K.W. Intensity, spectrum, and directivity of turbulent boundary layer noise // J. Acoust. Soc. Am. 1975. V. 57. No 1. P. 25–34.
  39. Ефимцов В.М. Характеристики поля пристеночных турбулентных пульсаций давления при больших числах Рейнольдса // Aкуст. журн. 1982. Т. 28. № 4. С. 491–497.
  40. Diaz-Daniel C., Laizet S., Vassilicos J.C. Wall shear stress fluctuations: Mixed scaling and their effects on velocity fluctuations in a turbulent boundary layer // Phys. Fluids. 2017. V. 29. 055102.
  41. Cheng Cheng, Weipeng Li, Adrian Lozano-Duran, Yitong Fan, and Hong Liu. On the structure of streamwise wall-shear stress fluctuations in turbulent channel flows // Fourth Madrid Summer School on Turbulence J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1522, 012010.
  42. Ôrlü R., Schlatter P. On the fluctuating wall-shear stress in zero pressure-gradient turbulent boundary layer flows // Phys. Fluids. 23:021704, 2011.
  43. Yang X.I.A. and Lozano-Durán A. A multifractal model for the momentum transfer process in wall bounded flows // J. Fluid Mech. 824: R2, 2017.
  44. Gloerfelt X., Berland J. Turbulent boundary layer noise: direct radiation at Mach number 0.5 // J. Fluid Mechanics. 2014. V. 723. P. 318–351.
  45. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 733 с.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Sound generation during reflection of a shear wave from a flat boundary (inverse Konstantinov effect) [18].

下载 (25KB)
索引源数据
3. Рис. 2. Генерация сдвиговой волны при отражении от плоскости звуковой волны (прямой эффект Константинова) [18].

下载 (21KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Sources of the velocity field in the TPS: 1 – Lighthill quadrupoles, 2 – normal surface dipoles, 3 – tangential surface dipoles.

下载 (8KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Coordinate system, pressure field and velocity field projections.

下载 (12KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Energy spectrum of shear stresses based on numerical simulation [40].

下载 (27KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Comparison of the results of the theoretical model and numerical calculation [40]: dotted line – numerical experiment, red curve – theory.

下载 (45KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Theoretical spectrum of shear stresses with normalization to internal scales.

下载 (51KB)
索引源数据
9. Fig. 8. Examples of the spectrum of the radiated power level: 1 – , 2 – .

下载 (23KB)
索引源数据
10. Fig. 9. Dependence of the level of radiated power from a unit area on the speed.

下载 (46KB)
索引源数据

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».