氣流流經(jīng)障礙物時，由于空氣分子黏滯摩擦力的影響，具有一定速度的氣流與障礙物背后相對靜止的

氣體相互作用，就在障礙物下游區(qū)形成帶有渦旋的氣流。

這些渦旋不斷形成又不斷脫落，每個渦旋中心的壓強低于周圍介質(zhì)壓強，每當(dāng)一個渦施脫落時，湍動氣

流中就出現(xiàn)一次壓強跳變，這些跳變的壓強通過四周介質(zhì)向外傳播，并作用于障礙物。當(dāng)湍動氣流中的

壓強脈動含有可聽聲頻率成分，且強度足夠大時，則輻射出噪聲，稱為渦流噪聲或湍流噪聲。

電線被大風(fēng)吹而產(chǎn)生的哨聲，狂風(fēng)吹過樹林的呼嘯聲，均是生活中常見的渦流發(fā)聲現(xiàn)象。當(dāng)物體以較高

的速度在氣體中通過時也能產(chǎn)生渦流噪聲，如在空中揮動藤條或竹竿就能發(fā)出與風(fēng)吹電線一樣的哨聲。

總之，氣體與物體以較高的速度相對運動就能產(chǎn)生渦流噪聲。

圖1渦旋離開圓柱體的軌跡

下面對渦旋的產(chǎn)生機理和渦流噪聲的特性進(jìn)行簡單的分析。可選擇一個形狀簡單、表面規(guī)則光滑的圓柱體，

研究氣流流過這個圓柱體時的流動狀態(tài)。將圓柱體置于速度恒定的氣流中，其軸線與氣流方向垂直。氣流

流經(jīng)圓柱體時沿圓柱體表面分流，并在圓柱背后兩側(cè)交替出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反的渦旋。渦旋以比氣流速度低

的速度離開圓柱體，形成兩條渦旋列，如圖1所示的渦旋軌跡。這種渦旋軌跡稱為“卡門渦街”。只有

雷諾數(shù)較低時，才能形成規(guī)則的渦列。若兩列渦旋相距為h，每側(cè)的兩個相鄰渦旋相距為L，則卡門渦街滿足

以下關(guān)系，如式(1)所示：

式1

實際上，可聽到的渦流噪聲一般都是高速氣流通過形狀不規(guī)則的物體時形成的。所以，渦旋的形成、脫落以

及排列全是無規(guī)的和不穩(wěn)定的，頻率成分往往呈無規(guī)寬帶特性。但是，對于幾何形狀簡單的物體來說，渦旋

從形成、發(fā)展到脫落，大體有一定的周期性。因此，盡管渦流噪聲是一系列脈沖壓強的作用結(jié)果，應(yīng)具有寬

帶噪聲特性，但同時也具有較突出的頻率成分，其峰值頻率可用式(2-1-12)計算，只是d由噴口直徑改為物體特征尺寸。

每當(dāng)一個渦旋脫落時就產(chǎn)生一個作用于障礙物的脈動力，作用方向與氣流流動方向一致，在連續(xù)脈動力作用下的障礙

物產(chǎn)生類似振動球那樣的運動，所以這種渦流噪聲源屬于偶極聲源。渦流噪聲的聲功率與氣流速度的六次方成正比。

氣流管道中的障礙物及管道中的支撐物、導(dǎo)流片、擴(kuò)散器等由于渦流會產(chǎn)生噪聲，閥門會導(dǎo)致渦流的產(chǎn)生，從而激發(fā)

渦流噪聲。這種渦流噪聲常常因為與障礙物的固有頻率相吻合而產(chǎn)生放大噪聲的現(xiàn)象。

設(shè)氣流管道中的障礙物垂直于氣流運動方向的截面尺寸遠(yuǎn)小于管道的截面尺寸，可以認(rèn)為流經(jīng)障礙物的氣流速度比管

道中氣流的平均流速不會高很多，噪聲主要是氣流與物體相互作用的結(jié)果。渦流的產(chǎn)生和脫落，產(chǎn)生作用于障礙物的

脈動力，障礙物振動激發(fā)的噪聲沿管道傳播出去。

渦流噪聲的聲功率W可用式(2)近似估算：

式2

式中 k—經(jīng)驗常數(shù)，由實驗得出圓形管道的常數(shù)k=2.5×10^-4；

p——氣體密度，kg/m³；

c—聲速，m/s；

D——管道直徑，m；

△p——障礙物前后的氣體壓力差，N/m²。

為降低噪聲，應(yīng)減小氣流管道中障礙物的阻力，如把管道中的導(dǎo)流片、支撐物等改進(jìn)成流線型，表面盡可能光滑，

也可調(diào)節(jié)氣閥或節(jié)流板等，并采用多級串聯(lián)降壓方法，以減小噪聲功率。

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