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作者：齐龙舟;杨志刚;吕镇东;刘翰林;卢鑫源;
单位：中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室;中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室;轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心;
摘要：本研究聚焦于超声速冲击射流的噪声特性及声源分布，旨在明确其噪声生成机制及其与射流速度的n次方律关系。实验在全消声室内开展，采用高频PIV技术与远场传声器弧阵列结合，测量冲击射流的流场与声场分布。基于Ω准则和Q准则识别冲击射流的涡量特征，分析涡量结构与离散纯音的关系。通过监测冲击射流下、中、上游方向监测角（β=30°，β=80°和β=120°）的总声压级（OASPL），研究了OASPL与射流速度之间的n次方律关系，并比较斯特劳哈尔数（St=0.61,St=0.33）的离散纯音随出口压比（NPR）和冲击距离（L/d）的变化趋势。去除离散纯音后，OASPL与射流速度的n次方律符合较好，不同监测角的速度因子分别为7.8(β=30°)，7.0(β=80°)和10.8(β=120°)，这反映了冲击射流噪声源特性随监测角变化的关系。进一步分析表明，OASPL、离散纯音幅值与射流速度梯度之间存在显著关联。通过Ω准则与Q准则对流场涡量进行识别，发现势流核第三至第五激波格栅后方的强涡量区域与啸叫声（Screech tone）主要声源位置吻合，实现了对声源的可视化定位。相位分析显示，NPR=2.37时，流场中涡对结构尺寸与St=0.33的离散纯音强度呈正相关，而NPR=2.84时，冲击射流顺流侧强涡量区尺寸与St=0.61的离散纯音强度呈正相关。本研究揭示了超声速冲击射流噪声总声压级与射流速度的幂次关系，并证实了不同监测角度和St条件下声源位置与强涡量区域的显著关联。通过对流场的Ω准则和Q准则涡量识别，确认了冲击射流势流核内主要声源区域与啸叫声的一致性，实现了声源的可视化定位。
关键词：PIV流场;;冲击射流;;射流速度;;n次方律;;Ω准则
基金资助：气动噪声控制重点实验室研究基金（2101ANCL20210302）~~
