ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Качественная картина распространения волн конечной амплитуды из "Мощные ультразвуковые поля " Приведенные в предыдущем параграфе соотношения описывают погло-щение звука достаточно малой интенсивности, когда можно линеаризовать уравнение гидродинамики и уравнение состояния. [c.9] При увеличении интенсивности звука это приближение становится непригодным, обнаруживаются эффекты, описываемые нелинейными членами гидродинамических уравнений и уравнения состояния, существенным образом изменяющие картину распространения звуковой волны и, в частности, процесс ее поглощения [1, 2, 4—8]. [c.9] Мы рассмотрим эти эффекты на примере периодических волн, имеющих первоначально синусоидальную форму. Этот случай, по-видимому, наиболее интересен для ультразвуковой практики. Рассмотрим сначала плоскую бегущую волну в среде с вязкостью и теплопроводностью, излучаемую колеблющейся плоскостью в полубесконечное пространство. [c.9] Точки профиля, соответствующие большему сжатию, движутся быстрее, чем точки, соответствующие меньшей плотности. В результате крутизна волновых фронтов увеличивается, что может привести к возникновению разрыва на каждом периоде волны и образованию волны пилообразной формы. [c.9] С другой стороны, влияние вязкости и теплопроводности приводит к сглаживанию профиля волны, уменьшению градиентов скорости и температуры. Поэтому при распространении гармонической (вблизи излучателя) волны увеличение крутизны фронтов будет происходить до тех пор, пока влияние нелинейных и диссипативных процессов не скомпенсируют-ся, или, как обычно говорят, пока не произойдет стабилизация формы волны. [c.9] Различный характер влияния нелинейных и диссипативных эффектов на изменение формы волны иллюстрируется рис. 2, заимствованным из обстоятельной статьи Лайт-хилла [5]. На этом рисунке изображено изменение профиля одиночного скачка уплотнения при учете нелинейных и диссипативных эффектов, а также при совместном учете этих эффектов, когда имеет место стабилизация волны. [c.10] Процесс искажения формы волны можно также рассматривать и как изменение ее спектрального состава при распространении первоначально монохроматической волны высокочастотные гармоники нарастают, достигают максимума в области, где изменения формы волны наиболее сильны, а затем затухают. Происходящая при этом непрерывная перекачка энергии из основной гармоники в сильно поглощающиеся высокочастотные компоненты приводит к более интенсивному затуханию волны. [c.10] Можно также сказать, что рост поглощения волны обусловлен увеличением крутизны волновых фронтов благодаря более сильной диссипации энергии при нарастании градиентов скорости и температуры. В результате поглощение волны оказывается зависящим от расстояния до излучателя, оно мало вблизи излучения, максимально в области, где волна имеет пилообразную форму и затем вновь уменьшается. [c.10] При этом, вообще говоря, следует различать диссипацию всей энергии волны и поглощение ее основной гармоники, или, иными словами, амплитудный коэффициент поглощения основной гармоники от коэффициента поглощения волны по интенсивности [10, 11]. [c.10] Изложенная качественная картина распространения волны конечной амплитуды подтверждается математическим анализом и данными эксперимента. [c.10] Вернуться к основной статье