湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究

来源：振动与冲击杂志2025年第19期北京时间：

作者：冯奕腾，胡海豹，杜鹏，章荣平，赵鲲zhaokun@cardc.cn

单位：1. 西北工业大学航海学院， 西安710072；2. 中国空气动力研究与发展中心， 四川 绵阳621000

摘要：波数-频率谱是描述湍流边界层壁面脉动压力相关特性的重要统计学工具。为了进一步掌握湍流边界层壁面脉动压力共性特征，从而支撑预测模型构建，需开展湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究。首先基于由Lighthill方程推导建立的可压缩基湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱预测模型，通过源项优化推导建立了波数-频率谱归一化方法。然后，在低速风洞中开展平板湍流边界层壁面脉动压力测量实验，通过运用热线风速仪获得了近壁面速度分布特征，支撑了归一化方法构建；利用表面阵列，获得了不同风速下湍流边界层壁面脉动压力自谱、波数-频率谱特征。最后，基于实验数据，验证了所构建的波数-频率谱归一化方法。研究表明通过对预测模型中源项进行合理的优化，可形成波数-频率谱归一化方法构建；表面阵列可以实现对湍流边界层壁面脉动压力自谱以及波数-频率谱的测量，能够较为准确的反映湍流边界层壁面脉动压力的相关特性；通过对波数-频率谱的归一化，验证了归一化方法的适用性，可以认为归一化波数-频率谱与马赫数、雷诺数等无关。此研究可为航空、航海、高铁等工程领域的流致噪声问题研究提供理论支撑。<br>

关键词：湍流边界层；壁面脉动压力；波数-频率谱；归一化；低速风洞；热线风速仪；表面阵列