ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Поглощение сферических и цилиндрических волн конечной амплитуды из "Мощные ультразвуковые поля " Диссипация энергии сферических и цилиндрических волн конечной амплитуды происходит так же, как в случае плоских волн, с такой же формой волнового профрля, возрастая с увеличением крутизны волновых фронтов. [c.33] В справедливости этих выражений можно убедиться и непосредственно, произведя расчет, аналогичный проведенному в работе [10] для случая плоских волн. [c.34] Как и следовало ожидать, величина амплитудного коэффициента поглощения пилообразной волны оказывается одинаковой для плоских, сферических и цилиндрических волн. При этом в области, где изменения формы волны незначительны, коэффициент поглощения по интенсивности равен просто удвоенному значению а. [c.34] Для иллюстрации на рис. 16 приведен график, взятый из работы [53], где показана зависимость предельной интенсивности от расстояния от излучателя для случая плоской волны [формула (110)]. [c.36] Для получения ультразвука большой интенсивности широко используются различные фокусирующие системы. Коэффициент усиления таких систем находят из дифракционных соображений, выражая его через длину волны и геометрические параметры системы [56]. Поглощением волны при расчете коэффициента усиления обычно пренебрегают ввиду того, что в приближении линейной акустики учет поглощения приводит лишь к несущественным поправкам, если частота звуковой волны не слишком велика. Так, при работе фокусирующей системы в воде на частотах вплоть до 5—6 Мгц учет поглощения в рамках линейной акустики изменяет коэффициент усиления всего на несколько процентов. [c.36] С увеличением интенсивности нелинейные эффекты проявляются сильнее, волна раньше становится пилообразной и, кроме того, увеличивается коэффициент поглощения пилообразной волны. [c.36] Эти два фактора приводят к тому, что с увеличением интенсивности волны ее поглощение в области фокуса растет и коэффициент усиления фокусирующей системы уменьшается что и было экспериментально установлено [58]. [c.37] Основываясь на изложенных представлениях о переходе волны первоначально синусоидальной формы в пилообразную и используя полученные законы затухания сферических и цилиндрических пилообразных волн, нетрудно приближенно рассчитать это уменьшение коэффициента усиления фокусирующей системы. Соответстцующий расчет для случая сферического и цилиндрического концентраторов будет приведен в последующих параграфах [59]. [c.37] Рассмотрим излучатель, поверхность которого выполнена в виде части сферической поверхности радиуса Р с выходным отверстием диаметра 2с , изображенным схематически на рис. 17. [c.37] На возможность такого явления было указано в работе [57]. [c.37] Затухание пилообразной волны на участке от до Гф приводит к уменьшению коэффициента усиления системы. [c.38] Вычислим теперь изменение коэффициента усиления по интенсивности. [c.38] В работе [58] измерялся коэффициент усиления сферической линзы с фокусным расстоянием Р = 10,5 см. Измерения проводили калориметрическим методом в непрерывном режиме на частоте 2 Мгц, Результаты этой работы в области, где ао1пК О, представлены на рис. 19. Сплошная кривая построена по формулам (118) и (127). [c.40] В работе [59] было проведено исследование акустических полей в области фокуса нескольких сферических концентраторов и обнаружено наличие эффектов нелинейного поглощения при О и их отсутствие при бо1пйГ, О в соответствии с теоретическими оценками. [c.40] Величину г Р) можно рассматривать как параметр, характеризующий роль нелинейных эффектов в концентраторе. [c.41] Если z Р) О, то нелинейные эффекты пренебрежимы и коэффициент усиления определяется выражением (130). [c.41] Если 2 Р) О, то затухание образующихся в этом случае пилообразных волн приводит к уменьшению коэффициента усиления в соответствии с выражением (135). [c.41] Времена установления термодинамического равновесия в среде обычна достаточно малы по сравнению с характерными для акустических процессов масштабами времени, так что среда остается равновесной при распространении в ней звука. [c.41] Бывают, однако, случаи, когда в среде возможны медленные процессы, например, возбуждение замедленных степеней свободы или протекание химических реакций между различными компонентами среды, которые не успевают следовать за быстрыми изменениями состояния, вызванными звуковыми колебаниями. [c.41] Сжатие и разрежение среды при прохождении звуковой волны нарушают термодинамическое равновесие, и возникают необратимые процессы приближения к равновесию, сопровождаемые ростом энтропии и диссипацией энергии, приводящие к релаксационному поглощению звука (см., например, [1,2]). Интенсивности этих процессов зависят, естественно, от частоты волны, точнее, от ее соотношения с характерным временем установления равновесия — со временем релаксации т. [c.41] Вернуться к основной статье