Акустическое течение Эккартовское

Как уже неоднократно упоминалось (см., например, части III и V настоящей книги), потери энергии, связанные с образованием кавитации, как и любые другие потери, приводят к уменьшению количества движения и тем самым являются причиной возникновения акустических течений эккартовского типа. Пользуясь материалами настоящей главы, в частности 2, можно рассчитать скорость такого течения и сравнить ее с экспериментальными измерениями [46]. [c.264]

Неплохое совпадение абсолютных значений свидетельствует о том, что сильные акустические течения эккартовского типа, наблюдаемые в кавитационной области, действительно обязаны своим происхождением потерям энергии на образование кавитации. [c.265]

Отметим здесь, что в среде, где объемной вязкости нет, скорость эккартовского акустического течения не зависит от вязкости, так же как не зависело от вязкости рэлеев- [c.230]

Имеются другие типы акустических течений, связанных с наличием границ и препятствий. В сущности они были известны значительно раньше эккартовского течения, когда ультразвуковые волны еще не были получены. Впервые Фарадей еще в 1831 г. наблюдал стационарные вихревые потоки воздуха над колеблющейся мембраной. К течениям около препятствий обычно относят два вида акустических течений. Одно из них связано с именем Рэлея, создателя его теории (рэлеевское течение) [21]. Это течение возникает вне [c.135]

Постоянный поток качественно легко обнаруживается, если в случае газа в звуковое поле вводится дым, в случае жидкости — краски или, как это было сделано в работе [40], возникновение потока определялось по изменению (при включении звука) картины конвективных потоков от нагретого тела. В работе [41] линии тока эккартовского акустического течения на границе двух несмешивающихся жидкостей (глицерина и вазелинового масла) делались видимыми с помощью растворенной в воде краски. Вода имеет промежуточную плотность (меньшую, чем глицерин, и большую, чем вазелиновое масло), поэтому капля окрашенной воды, опущенная в вазелиновое масло, доходила до границы раздела и останавливалась на поверхности глицерина. Под действием сил поверхностного натяжения капля растягивалась на поверхности глицерина в виде пятна. При включении зву- [c.112]

При рассмотрении возможного влияния акустических потоков типа рэлеевских и эккартовских на движение газовых пузырьков в жидкости следует различать две стороны вопроса 1) под действием акустических течений может измениться скорость поступательного движения пузырька [c.286]

Отметим некоторые характерные особенности течений вне пограничного слоя, вдали от границы. Как и в случае эккартовского течения, для медленного течения вне пограничного слоя отношение скорости вихрей к колебательной скорости в звуковой волне — МФ, где Ф — безразмерная величина, зависящая от геометрии звукового поля, частоты и вязкости. Вдали от границы, как это видно из (49) и (52), скорость течения практически не зависит от вязкости среды Масштаб течения V — X, и из (21) следует, что вдали от пограничного слоя решение применимо для акустических чисел Рейнольдса, меньших единицы. При больших Ке, как показывают экспериментальные результаты [20], характер течения остается приближенно таким же, но скорость вихревого движения существенно больше, чем следует из (49). [c.103]

Поскольку более или менее хорошо коллимированные звуковые пучки можно получить только в области относительно высокого ультразвука, подавляющее количество экспериментальных работ проведено в области частот 1—10 Мгц, Большинство работ относится к исследованию потоков в жидкостях, хотя эккартовские потоки наблюдались и в газах [54]. Наибольшее число работ по эккартовским течениям выполнены не для прямой проверки теории, а для определения отношения объемной вязкости к сдвиговой. Полученные при этом значения, близкие к измеренным другими акустическими методами, могут служить косвенным доказательством правильности теории. Есть, однако, некоторые работы [39, 54, 55], в которых производилось прямое сравнение различных экспериментальных характеристик течения с теорией. [c.122]

В заключение следует сказать, что, в отличие от других вопросов нелинейной акустики, где нестационарные процессы совершенно не исследованы, для акустических потоков была сделана одна попытка экспериментального определения времени установления стационарного течения. Поскольку уравнение, описываюш,ее эккартовское течение,— это уравнение диффузии вихрей [4], порядок времени установления (времени диффузии вихрей) может быть определен по т где/>" — характерный размер [c.126]

Течения возникают не только у неподвижных препятствий, помещенных в звуковое поле, но также и около колеблющихся с конечной амплитудой тел. Это будет видно далее на примере эккартовского потока. Это также следует из теоремы Вестервельта [18, 19], согласно которой скорость стационарного потока в лагранжевых координатах вблизи колеблющихся тел инвариантна относительно преобразований координат, приводящих к тому, что в новой системе координат поверхность тела неподвижна, а колебания совершает жидкость. Теорема Вестервельта справедлива для несжимаемого акустическою течения [c.221]

Затухание звука, как известно, может быть вызвано разными причинами. В чистых жидкостях основной причиной затухания являются потери за счет сдвиговой и объемной вязкости, а при больших интенсивностях — также рассеяние на дегазационных пузырьках, потери, связанные с возникновением кавитации, и т. д. В газах существенную роль помимо вязкости играет теплопроводность. Поскольку скорость акустического течения намного меньше скорости звука, эккартовское акустическое течение можно рассматривать ьак течение несжимаемой жидкости под действием градиента радиационного давления, вызванного затуханием в результате действия всех причин, в то время как торможение акустического потока обусловлено только сдвиговой вязкостью. Поэтому скорость потока определяется отношением всех диссшхатив-ных коэффициентов к сдвиговой вязкости [32]. Экспериментально ото, пожалуй, наиболее убедительно было показано по измерениям течений в аргоне [33], где объемная вязкость, как известно, равна нулю, а поглощение обусловлено только сдвиговой вязкостью и теплопроводностью. [c.233]

Остановимся на одном весьма существенном недостатке измерения коэффициента поглощения звука по акустическим течениям. При этих измерениях приходится пользоваться довольно большими интенсивностями звука. В некоторых работах, по-видимому, акустические числа Рейнольдса Re были 1. Помимо того, что эккартовская теория в этой области неприменима, коэффициент поглощения в этом случае из-за нелинейного искажения формы волны (см. гл. 3, 4) больше, чем коэффициент поглощения волны малой амплитуды. Увеличение поглощения, по-видимому, приводит к тому, что скорость теченпя больше эккартовской, и в результате экспериментальное отношение объемной вязкости к сдвиговой, или экспериментальный коэффициент поглощёния, определенный этим [c.245]

В реальных условиях эккартовское течение осуществить трудно. Дифракция и затухание звука приводят к появлению зависимости силы F от координаты х. Зависимость от поперечной координаты г также оказывается более сложной, чем в фор4 уле (VIII.2.5). Кроме того, на конфигурацию потока оказывает сильное воздействие геометрическая форма области, занятой течением. В результате реальные акустические течения становятся неодномерными, и их следует описывать общими уравнениями (VIII.1.3), (VIH.1.4). Но решить эти уравнения не представляется возможным (даже для простейших областей) главным образом из-за их нелинейного характера. В 2 такой трудности не возникало, так как для одномерной задачи нелинейный член ( 7V) JJ тождественно исчезал. [c.208]

Законы подобия дают основание классифицировать акустические течения. Как уже неоднократно подчеркивалось, число R характеризует вклад нелинейных членов уравнений в поведение потоков. При малых R течения можно считать медленными и решать линейные уравнения. При больших R существенны нелинейные гидродинамические эффекты. Этот вывод не относится к эккартовским (одномерным) теченияхм, так как там член UV)U исчезает в силу выбора геометрии задачи (в гидродинамике эккартов-скому ветру отвечает известное течение Пуазейля). [c.223]

В свободном неоднородном звуковом поле в отсутствие препятствий и границ радиационные силы вызывают движение газа и жидкости. Импульс волны, передаваемый за счет поглощения звука в среде, идет на образование течения. В начальной стадии после включения звука происходит ускорение среды, приводящее к установлению стационарного движения газа или жидкости. Это движение называют акустическим течением или акустическим ветром. На рис 5.3 показан характер акустического течения на частотах ультразвукового диапазона (несколько МГц). Такое течение принято называть эккартовским, поскольку его теория была развита Эккар-том 120]. Как видно из рисунка, излучающая пьезоэлектрическая пластинка занимает только частьповерхности кюветы, заполненной жидкостью. При включении звука жидкость в сосуде начинает приходить в движение. Его нетрудно наблюдать, если поместить в жидкость немного алюминиевого порошка и сбоку осветить жидкость через прозрачную стенку кюветы. По прошествии некоторого времени движение жидкости устанавливается и имеет вид течения с противотоком. Такое акустическое течение было бы невозможно, если бы пьезопластинка закрывала всю левую поверхность кюветы (или трубы), так как тогда не было бы противотока жидкости и не выполнялся бы закон сохранения массы. Однако, вообще говоря, в случае неоднородного распределения амплитуды по фронту волны незначительное акустическое течение в принципе возможно, а вблизи стенок, в пограничном слое, оно возникает и в случае однородного по фронту звукового поля (см. ниже). Из рис. 5.3 следует, что масштаб вихрей эккартовского течения порядка объема кюветы и он существенно больше длины звуковой волны X радиус ультразвукового пучка также значительно больше X. [c.135]

Третий вид акустического течения, имеющий большое значение в задачах интенсификации процессов массо- и теплообмена, это акустические потоки в тонком акустическом пограничном слое, толщина которого порядка длины вязкой волны (2т]/сор) /2. Это течение проявляется в большей степени в звуковом диапазоне, так как на ультразвуковых частотах очень мало. Масштабы вихрей в акустическом пограничном слое меньше X, так что такое течение имеет малые масштабы. Теория таких мелкомасштабных течений в пограничном слое впервые была разработана Шлихтингом [22, 23] их часто называют шлихтинговскими. Отметим, что скорость всех этих трех типов акустических течений даже при сравнительно большой интенсивности звука обычно мала по сравнению с колебательной скоростью в звуковой волне. Однако в небольшом числе экспериментов по возбуждению эккартовского течения очень интенсивным звуком эти скорости были сравнимы по величине. Подробные сведения о всех трех видах акустических течений имеются в обстоятельных обзорах [24, 25]. [c.136]

В качестве приемников динамического давления могут служить различные устройства легкоекоромысло (типа радиометра) с закрепленным начнем приемным элементом, помещаемым в звуковое поле, трубки типа трубок Пито. Такого рода измерения значительно осложняются тем, что, помимо динамического давления потока, на эти приемники действует звуковое радиационное давление, величина которого по порядку величины может быть равна величине динамического давления стационарного потока. В работе [37] для определения динамического давления потока предложено использовать приемную головку радиометра в виде рамки, затянутой пленкой, прозрачной для звука и непроницаемой для потока. При этих условиях радиационное давление уже не будет действовать на приемный элемент радиометра, если, конечно, поглощение звука в пленке достаточно мало, тогда как динамическое давление потока вследствие непроницаемости пленки действует полностью. Можно защитить от потоков приемную головку обычного радиометра (полностью или частично поглощающую или отражающую) или трубки Пито [20] непроницаемым для потока и прозрачным для звука экраном. В этом случае измеряется величина, пропорциональная радиационному давлению. Разница между полным давлением и радиационным позволяет определить динамическое давление постоянного потока и, следовательно, его скорость. В работе [6] для разделения радиационного давления звука и динамического давления эккартовского потока использовалось то не совсем изученное обстоятельство, что время установления стационарного звукового поля существенно меньше времени установления стационарного акустического течения. Включение звука приводит сразу же к отклонению радиометра под действием радиационного давления (правда, только в том случае, когда инерционность радиометра мала) и затем к постепенному увеличению отклонения под действием динамического давления потока. Этот метод вызвал ряд возражений [35], сущность которых сводится к тому, что, во-первых, процесс установления течения происходит во всем объеме и, следовательно, динамическое давление потока, хотя и не в полной мере, но все же начинает действовать при включении звука и, во-вторых, инерционность радиометров, как правило, столь велика, что может быть сравнима с временем установления постоянного потока. [c.111]

Метод взвешенных частиц, о котором говорилось выше, имеет одно преимущество по сравнению с другими описанными методами он позволяет получить линии тока акустического течения и, таким образом, представление о характере течения в целом. На рис. 10 показана фотография эккартовского акустического течения, вызываемого ультразвуковой волной частоты 5 Лiггf [39] в бензоле поток был сделан видимым с помощью мелких алюминиевых частиц. [c.112]

В ряде работ [6,15,39] отмечалось, что при увеличении интенсивности ультразвука скорость эккартовского потока перестает быть пропорциональной интенсивности. Было выполнено [34] и более подробное исследование этого явления наблюдалось постепенное изменение скорости потока в некоторой точке звукового поля по мере повышения интенсивности звука. На рис. 22 (кривая 1) показана зависимость скорости потока в воде на расстоянии 40 см от источника звука частоты 1,2 Мгц от амплитуды звукового давления вблизи источника. При звуковом давлении р 7 атм на расстоянии 40 см формируется пилообразная волна. Как видно из рисунка, при этом изменяется и характер зависимости скорости потока от интенсивности. В гл. 1 было показано, что теория Эккарта применима при малых акустических числах Рейнольдса, поэтому отконения от нее связаны не с турбулизацией акустического течения, как это предполагалось в работах [6, 39], а с искажением формы волны и неприменимостью теории при этих условия [c.125]

Вследствие того что эккартовские течения крупномасштабны, теория, основанная на уравнениях (13) и (14), применима лишь для акустических чисел Рейнольдса, меньших единицы. В жидкостях с относителько небольшой вязкостью (0,01 пуаз) в области частот порядка нескольких мегагерц это накладывает довольно жесткие ограничения на амплитуды звукового давления. В ряде экспериментальных работ было показано (см. часть II), что при повышении интенсивности звука наблюдаются отклонения от теории так, например скорость потока перестает быть пропорциональной интенсивности. Сначала это приписывалось турбулизации течения. Сейчас, по-видимому, можно считать установленным, что это отклонение обусловлено неприменимостью теории в области Ее 1. В этой области, как известно, начинают играть роль такие нелинейные эффекты, как искажение формы профиля бегущей волны и связанное с этим увеличение поглощения волны. При Ее 1 синусоидальная волна на некотором расстоянии от источника звука постепенно переходит в пилообразную волну. При этом скорость потока, как показывают экспериментальные результаты, уже не удовлетворяет условию медленных течений. [c.99]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...