具有掠射湍流边界层流的内尺度亥姆霍兹共振器

本文给出了由掠射湍流边界层流激发的小尺度亥姆霍兹共振器的响应细节。特别关注共振的缩放规律，及其与近壁速度和壁面压力脉动的时空特征的关系。共振器被调谐至边界层壁面压力谱内尺度谱峰的不同部分，空间尺度为 $\lambda_x^+ \approx 250$（或时间尺度为 $T^+ \approx 25$）。遵循此方法，可设计颈孔直径对掠射流侵入性最小的小尺度共振器。此处我们通过分析热线风速仪和粒子图像测速测量获得的速度数据来检视边界层响应。该策略沿袭 Panton 与 Miller 的早期工作（J. Acoust. Soc. Am. 526, 800, 1975），其中仅考察了由掠射流湍流引起的共振频率变化。在 $Re_\tau \approx 2\,280$ 的边界层流中考察了单个共振器。考虑了 $d^+ \approx 68$ 和 102 两种颈孔直径，且对 each $d^+$ 值研究了三种不同共振频率（分别以空间尺度 $\lambda_x^+ \approx 250$ 及亚波长和超波长为目标）。被动共振仅影响 $y^+ \lesssim 25$ 区域内的流向速度脉动，而垂向速度脉动出现在高达 $y^+ \approx 100$ 的层中。共振尺度处流向湍流动能的窄带增加，与低于该频率（更大尺度）能量超过 20% 的衰减共存。当前发现启发了利用局部壁面阻抗改变概念进行边界层流控制的被动表面的进一步发展，以微型共振器作为元单元。