声边界层外非线性声流旋涡的理论及数值模拟

非线性声流旋涡在加速热、质传输过程和清除固体表面积灰等方面具有显著的优势。为探究换热管声边界层外非线性声流旋涡的流场特性，采用Nyborg极限滑移速度法数值模拟了平面驻波声场和行波场中二维换热管周围的非线性声流现象。与经典Rayleigh声流的解析解对比，验证了数值方法的可行性。数值计算表明，在驻波场中，换热管处于声压波节和声压波腹位置时，换热管外分别呈现出4个和8个轴对称分布的声流旋涡结构；当换热管偏离声压波节或声压波腹位置时，换热管外的声流旋涡结构不再呈轴对称分布。滑移速度分布的波峰和波腹总个数决定了声流旋涡的个数。在行波场中，声流旋涡的流场特性与声波频率f和声压级L呈现出强的非线性依赖关系，声流强度满足：U_{2 max}=6.95388e^-72L^33.50669f^-0.98828。