高速氣流、不穩定氣流以及由于氣流與物體相互作用產生的噪聲，稱為空氣動力性噪聲。

按空氣動力性噪聲的產生機制和特性，又可分為噴射噪聲、渦流噪聲、旋轉噪聲和周期性進

排氣噪聲等。激波與火焰燃燒的運動狀態也滿足氣體動力學的一般規律，故激波噪聲與燃燒

噪聲也屬于空氣動力性噪聲。

（1）噴射噪聲

氣流從管口高速（介于聲速與亞聲速之間）噴射出來，由此而產生的噪聲稱為噴射噪聲（亦

稱噴注噪聲），如噴氣發動機排氣噪聲和高壓容器排氣噪聲就是噴射噪聲。圖2-1-5為圓形噴嘴

排放氣流示意圖。

噴射噪聲是從管口噴射出來的高速氣流與周圍靜止空氣激烈混合時產生的，最簡單的自由噴 圖1 

圓形噴嘴排放氣流示意圖射是由一個高壓容器通過一個圓形噴嘴排放氣流。氣體在容器內速度等于零，

在圓管的最窄截面處流速達到最大值，下面介紹這種噴射噪聲的成因和特點。

圖1圖形噴嘴排放氣流示意圖

1-壓力容器 2-噴口 3-湍流混合區 4-勢核

管口噴射出的高速氣流，由于內部靜壓低于周圍靜止氣體的壓強，所以在高速氣流周圍產生強烈的引

射現象，沿氣流噴射方向，在一定距離內大量氣體被噴射氣流卷吸進去，從而噴射氣流體積越來越大，

速度逐漸降低。但在噴口附近，仍保留著體積逐漸縮小的一小股高速氣流，其速度仍保持噴口處氣流速

度，常被稱為噴射流的勢核。勢核長度約為噴口直徑的5倍。在勢核周圍內，高速氣流與被吸進的氣體劇

烈混合，這是一段湍化程度極高的定向氣流。在這段區域內由勢核到混合邊界的速度梯度大，氣流之間存

在著復雜多變的應力，渦流強度高，氣流內各處的壓強和流速迅速變化，從而輻射較強的噪聲。

在穩定的自由噴射流中，氣體的流出速率是不變的，也不存在固體邊界與氣流作用產生的力。又因為在亞

聲速與跨聲速的噴射氣流中黏滯應力與熱傳導的影響可以忽略不計，所以波動方程式可以寫成：

式1

式中 P₀v_iV_j；——轉移動量；

P₀y_i—i方向的動量；

V_i——沿j方向的氣流速度。

由式(1)可以看出，穩態噴射流中唯一的噪聲源來自于轉移動量的梯度張量。圖2為噴口下游噪聲頻譜

和強度。1、3、4、5、7分別表示以噴口直徑表示的到噴口的下游距離。

在圖2中，流體體元從A點流向B點，由于從A到B的，所以體元在這段處于減速狀態，從而輻射噴射噪

聲。由此可知，噴射噪聲主要取決于噴射流速度場，并且只有存在高速度剪切層和強湍化區才能產生噴射

噪聲。

圖2噴口下游噪聲頻率和強度

圖 2中所示為計算所得的曲線，計算點選在噴射下游處距噴口不同位置，計算湍化強度和由剪切層輻

射的噪聲頻譜、相對強度。由圖可見，在距離噴口4~5倍噴口直徑處，噴射噪聲最強。這說明在接近勢核

尾部區域的剪切層內，氣流的湍化得到充分提高，氣流內各向應力的急劇變化使氣流內介質體元的運動狀

態、密度、壓力發生復雜的變化，因而輻射較強的噪聲。而在離噴口較近的地方，由于剪切層內氣流尚未

充分混合，因而湍化強度不高，噴射噪聲也較低。在遠離噴口的地方，則由于在勢核以外渦流得到充分發

展，體積增大，強度減弱，剪切層速度梯度大大減小，使得噴射噪聲又逐漸降低，所以，在距噴口為噴口

直徑6倍的區域內設法降低噪聲，對控制噴射噪聲具有重要意義。

噴射噪聲具有四極子聲源的輻射特性。從理論分析和實驗得知，射流速度在亞聲速至聲

速的范圍內，噴射噪聲的聲功率W如式(2)所示：

式2

式中 K——在一定狀態下的比例常數，與噴射氣流和周圍靜止氣體的密度及熱力學溫度有關；

S——噴口截面積；

p——介質密度；

V——噴射流出口速度；

C——介質中的聲速；

M—一馬赫數，M=

^{—噴射的機械功率。}

噴射噪聲的輻射效率n如式(3)所示：

式3

噴射噪聲的輻射效率與馬赫數的五次方成正比。圖2-1-7為三種狀態參量(7)=10、1、0.1下的輻射效

率與馬赫數的關系曲線。圖中標注的p；為噴射氣流密度，T為噴射氣流熱力學溫度，p為周圍靜止空

氣的密度，T為周圍靜止空氣的熱力學溫度。

圖3不同狀態噴口輻射效率與馬赫數的關系曲線

噴射噪聲具有明顯的指向性，最大噪聲分布在噴口軸向30°~40°范圍內。噴射氣流速度達到聲速時，其典型噴射噪聲

指向圖如圖4所示。從這個指向圖中可以近似估計噴射噪聲在某一確定方向上的噪聲。在自由噴射流的遠

場區，噴射噪聲的頻譜圖為中間高兩邊逐漸降低的饅頭形，如圖5所示。

峰值頻率f可由式(4)得出：

式4

式中 β—斯特勞哈爾數，可取為0.2；

V——噴嘴出口處噴射流流速，m/s；

d——噴嘴直徑，m。

從式(4)中可以看出，峰值頻率與噴嘴直徑有關，因此采用多個小面積噴口代替一個較大面積的噴口，可提高fp。

提高fp，則有利于消除高頻噪聲。

圖4噴射噪聲指向圖

圖5自由噴射噪聲頻譜圖

一般情況下，根據圖3圖5和式(2)~式(5)，可以近似估計噴射噪聲的總聲功率級、指向性

和自由噴射噪聲遠場頻譜。

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