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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