非连续边界层对圆柱声学共鸣频率的影响研究

尹钊玮， 冯晓娟， 林 鸿， 张金涛

（中国计量科学研究院热工计量科学研究所，北京 100013）

非连续边界层对圆柱声学共鸣频率的影响研究

尹钊玮， 冯晓娟， 林 鸿， 张金涛

（中国计量科学研究院热工计量科学研究所，北京 100013）

基于声学一阶微扰理论，建立了低压下由于气-固界面的温度阶跃和速度滑移带来的边界层不连续性对圆柱声学共鸣频率的扰动规律，进一步发展了圆柱声学共振频率的非连续边界层修正模型，计算了非连续边界层对4种惰性气体、不同声学模式和不同压力及温度的影响。分析研究显示，气体处于低压状态时，温度阶跃和速度滑移会使声学共振频率发生偏移，不引入声能损耗。在50 kPa时，非连续边界层对声学共鸣频率的影响可达10× 10－6，表明非连续边界层修正项对于10－6不确定度水平的尖端声学共鸣测量，是一个重要的不确定性来源。

计量学；圆柱声学共鸣；边界层；温度阶跃；速度滑移

1 引 言

气相声速是目前可测量的具有最小不确定度的热物性之一，是热力学科学研究和热工技术应用的重要基础参数［1］。声学共鸣法是国际计量界重新测定Boltzmann常数，并由此重新定义热力学温度单位开尔文（K）的研究中，具有最小测量不确定度的方法［2，3］。气相声速通过准确测定共鸣腔内工质气体的理想共振频率和共鸣腔几何尺寸计算得到。然而实际的声学共鸣腔中，各种非理想因素会对共鸣腔内气体的理想共振模式带来扰动［4，5］。为了追求玻尔兹曼常数确定的相对标准不确定度达到1× 10－6水平，就必须对这些非理想因素对声学共鸣频率的扰动作用机理进行深入研究，并给予合理修正。……