近日，南方科技大学力学与航空航天工程系副教授刘宇课题组关于圆柱表面局部吹气降噪机理的研究工作取得重要进展，相关成果以“Flow and aerodynamic noise control of a circular cylinder by local blowing”为题在流体力学领域期刊Journal of Fluid Mechanics发表。该研究通过远场噪声、表面压力与尾迹流场的同步测量技术，研究了不同角度的表面局部吹气方法对圆柱气动噪声的影响，发现在上游吹气可获得最优的降噪效果，并揭示了此主动控制方法的作用机理。

圆柱等钝体结构在均匀流动中会产生涡脱落现象，导致结构振动和气动噪声（Aeolian tone），这些现象在工程应用中普遍存在，例如高层建筑、高速列车受电弓、飞机起落架、风力机塔筒等。涡脱落不仅会引发气动噪声，还会产生升力脉动，对工程结构的安全性构成威胁。目前主要的流动与噪声控制方法分为主动控制和被动控制两大类，本文主要研究了主动控制中的吹气方法对圆柱气动噪声的影响并揭示其降噪机理，同时探索最佳吹气方法，提高控制效率。

本文实验在南方科技大学气动声学风洞中进行，圆柱表面可从不同周向角度吹气并分布表面压力测点，以探究局部吹气对涡脱落噪声的抑制效果。通过远场噪声、表面压力以及尾迹流场的同步测量（如图1所示），研究局部吹气对声场、压力场与流场的影响，进而揭示其抑制涡脱落和气动噪声的作用机理。

图1 远场噪声、表面压力以及尾迹流场的同步测量实验设置图

实验结果表明，局部吹气能够有效改变圆柱绕流周围的流场结构，从而影响尾迹涡脱落和气动噪声。局部吹气拉长剪切层并将高动量区域向下游推离，从而延迟了圆柱涡脱落；同时减少了涡流卷吸作用，并扩大了涡形成区域，如图2所示。较大的涡形成区域衰减了圆柱表面接收到的尾迹声反馈信号，从而削弱了表面压力脉动和远场噪声辐射。

本研究通过对圆柱绕流的远场噪声、表面压力和尾迹流场的同步测量实验证实了局部吹气方法可有效抑制圆柱涡脱落和气动噪声，其中上游±41°吹气角度可获得最优的降噪效果。本研究的机理总结如图3所示，对于设计高效的流动与噪声控制方法具有一定指导意义。

图2 瞬时涡量场（左）以及涡量等值面（右）随时间演化情况

图3 局部吹气对圆柱流动与噪声的影响机理总结

除了圆柱主动吹气降噪机理的研究进展以外，刘宇课题组近期还在多孔介质内部流动实验观测与涡脱落机理、多孔覆层圆柱的流场数值模拟、近壁与远场压力测量、以及减阻降噪优化设计方面做出了一系列原创性的工作，相关研究成果分别发表于气动声学与流体力学领域期刊Journal of Sound and Vibration，Physics of Fluids 以及 Aerospace Science and Technology上。

刘宇课题组博士后Reza Maryami博士为论文第一作者，刘宇副教授为通讯作者，论文作者还包括英国布里斯托大学的Elias Arcondoulis博士。南科大为第一及通讯作者单位。该研究得到了国家自然科学基金、广东省湍流基础研究与应用重点实验室以及深圳市自然科学基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2024.39

供稿：力学与航空航天工程系

通讯员：史露静

主图：丘妍

编辑：曾昱雯