浙江大學(xué)葉青青研究員團(tuán)隊發(fā)表論文：流向翅片對湍流邊界層壁面壓力源的調(diào)控機(jī)制 
研究背景：機(jī)翼后緣噪聲是飛機(jī)、風(fēng)力機(jī)和發(fā)動機(jī)螺旋槳的主要噪聲來源之一，它是由湍流邊界層與鋒利后緣的相互作用引起的，具有寬頻特性。受到貓頭鷹安靜飛行啟發(fā)，近年來，一種模仿鳥類翅膀細(xì)密羽毛結(jié)構(gòu)的新型流向翅片設(shè)計，已成為后緣噪聲被動控制領(lǐng)域備受關(guān)注的研究方向。通過在機(jī)翼后緣位置安裝細(xì)長翅片陣列，可以改變邊界層流動結(jié)構(gòu)分布特征和含能量，進(jìn)一步影響壓力脈動和輻射噪聲強(qiáng)度。目前的研究缺少流向翅片對邊界層內(nèi)部不同尺度湍流結(jié)構(gòu)影響的深入理解，難以建立與壁面壓力脈動和噪聲的直接關(guān)聯(lián)。 針對以上問題，浙江大學(xué)葉青青研究員團(tuán)隊?wèi)?yīng)用多物理場耦合測量的方法，旨在更深入解釋流向翅片對湍流結(jié)構(gòu)、壓力脈動和噪聲的調(diào)控機(jī)制。實(shí)驗在浙江大學(xué)低速聲學(xué)風(fēng)洞開展，采用時間解析PIV和壁面壓力脈動的同步測量分析湍流結(jié)構(gòu)與寬頻壓力脈動關(guān)聯(lián)（圖1），并利用遠(yuǎn)場麥克風(fēng)驗證對遠(yuǎn)場噪聲的抑制效果。結(jié)果表明，流向翅片在分離和近壁剪切層區(qū)域誘導(dǎo)生成發(fā)卡渦和展向渦結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)調(diào)制湍流邊界層流動結(jié)構(gòu)分布特征的效果（圖2）。通過“破壞”大尺度湍流結(jié)構(gòu)、“抬升”小尺度湍流結(jié)構(gòu)兩個主要機(jī)制，降低近壁速度脈動和剪切應(yīng)力強(qiáng)度。 
圖1. 時間解析PIV和壁面壓力脈動同步測量裝置示意圖，(a) 三維視圖，(b) 翅片平面，(c) 翅片間平面。
圖 2 瞬時流向速度(u/U∞) 和流向速度脈動(u’/U∞) 云圖，(a, b) 無翅片，(c, d) 翅片平面，(e, f) 翅片間平面。 采用壓力-速度相關(guān)性分析方法（p-u correlation），揭示了湍流結(jié)構(gòu)空間分布特性對低、中、高頻段壁面壓力脈動貢獻(xiàn)機(jī)制（圖3）。對于無處理的湍流邊界層來說，中頻的對應(yīng)的發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)與壓力脈動呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性。發(fā)卡渦引起的噴射和掃掠事件是主要壓力脈動源。然而，流向翅片對p-u相關(guān)性的結(jié)果產(chǎn)生了明顯影響。在低頻段，翅片本身誘導(dǎo)的近壁弱流動分離和展向渦結(jié)構(gòu)具有流向大尺度特征，使流動結(jié)構(gòu)對低頻段壓力脈動的貢獻(xiàn)增加。但是在中頻段，翅片對湍流邊界層大尺度發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯破壞作用，使得無處理條件下正負(fù)交替的p-u相關(guān)性強(qiáng)度大幅減弱。在高頻段，p-u相關(guān)性幾乎消失。這樣的結(jié)果與壁面壓力脈動功率譜和噪聲幅頻特性在不同頻段的變化一致。這揭示了翅片誘導(dǎo)的不同尺度流動結(jié)構(gòu)對壁面壓力脈動的影響機(jī)制，從而解釋了翅片處理能降低中高頻噪聲的原因。 
圖 3 不同頻帶的壓力速度相關(guān)性(p-u correlation)，(a, b) 全頻帶，(c, d) 低頻帶，(e, f) 中頻帶， (g, h) 高頻帶，(a,c,e,g) 無處理，(b,d,f,h) 翅片控制；黑色虛線表示壓力傳感器所在位置。 進(jìn)一步分析湍流結(jié)構(gòu)生成演化對極端壓力事件的影響（HAPP）。通過對壓力脈動信號中的極端事件進(jìn)行條件提取發(fā)現(xiàn)，流向翅片使得極端壓力脈動事件出現(xiàn)概率減少50%，從而實(shí)現(xiàn)有效降低聲源強(qiáng)度效果。 該研究成果以Manipulation of mid- and high-frequency wall-pressure sources by streamwise finlets為題發(fā)表在流體力學(xué)頂級期刊Journal of Fluid Mechanics。浙江大學(xué)航空航天學(xué)院博士生潘之航是該文的第一作者，葉青青研究員是該文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（12372280）和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2020YFA0405700）的資助。 原文鏈接： https://doi.org/10.1017/jfm.2024.1192
| 