ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные закономерности распространения акустических колебаний из "Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах" Акустическая волна — явление механическое, однако поведение ее отлично от движения материальных тел. Действительно, обычные в механике тел понятия координаты , траектория , ускорение неприменимы к волне, хотя они остаются полностью в силе для каждой частицы среды, в которой бежит волна. Ввиду этих и многих других особенностей поведения волн, о них, как правило, не говорят движутся , оставляя этот термин для перемещения тел (в том числе и для перемещения частиц среды в волне). О волне говорят, что она распространяется , понимая под этим всю картину изменения возмущенного состояния среды с течением времени [4]. [c.10] Таким образом, при распространении волны следует различать два совершенно разных явления движение частиц среды в волне и распространение самой упругой волны в среде. Первое явление — это движение частиц как математических точек, второе — переход возмущенного состояния среды с одних частиц на другие. Смещения и скорость частиц зависят от силы акустического возмущения и определяют интенсивность энергии в акустической волне. Эти смещения, как правило, очень малы, и после прохождения волны каждая частица практически возвращается в исходное положение. Волна же удаляется от места своего возникновения. Скорость ее распространения значительно превосходит скорости движения частиц и составляет сотни и тысячи метров в секунду. [c.10] Скорость распространения волны зависит не от силы акустического возмущения, а от свойств среды чем больше упругость среды, тем больше упругие напряжения, возникающие в ней при данной деформации, и тем быстрее передается возмущение от частицы к частице, т. е. тем больше скорость акустических колебаний чем больше плотность среды, тем медленнее частицы приобретают скорость при действии данных упругих напряжений — тем меньше скорость акустических колебаний. [c.10] Зная плотность среды и скорость акустических колебаний, плотность потока акустической энергии у поверхности акустического излучателя можно записать как выражение (1.3). [c.11] Поскольку акустическая волна бежит по среде со скоростью с, энергия, вводимая в среду в каждый период колебаний, будет распределена на длине, пробегаемой волной, следовательно, плотность акустической энергии в единице объема можно получить, разделив плотность потока акустической энергии на ее скорость (1.4). [c.11] Распространение акустических волн описывается уравнениями гидродинамики сжимаемой жидкости. Исходными уравнениями являются уравнения движения, неразрывности и состояния среды [5]. [c.11] Это векторное уравнение первого порядка нелинейно относительно характеристик среды. [c.11] Уравнение непрерывности (неразрывности) среды скалярно, но, как и уравнение движения, нелинейно относительно характеристик среды. Название уравнения связано с тем, что оно справедливо только для сплошных сред, не имеющих разрывов (возникающих в жидкости, например, при кавитации). Уравнение неразрывности записывается в виде (1.6). [c.11] Уравнение состояния связывает давление, плотность (или степень сжатия) и температуру среды. Это уравнение не имеет стандартного вида для всех веществ, как уравнение движения или уравнение неразрывности, поэтому оно записывается в самом общем виде (1.7). [c.11] Для оиреде. и ииосш системы гидродинамических уравнений к ней необходимо добавить граничные и начальные условия, соответствующие рассматриваемой задаче. [c.12] В общем случае система нелинейных гидродинамических уравнений ( .5) — (1.7) не поддается точному рещению, поэтому приходится прибегать к различным упрощающим предположениям. [c.12] Поскольку в акустической волне смещения частиц среды малы по сравнению с расстояниями, на которых эти смещения заметно меняются, то вязкостью можно также пренебречь. Тогда уравнение (1.8) можно записать в упрощенном виде (1.9). Оно линейно относительно Р и V и описывает движение частиц среды под действием сил упругости. Линеаризуя подобным образом уравнение неразрывности, получаем выражение (1.10). [c.12] Эти эффекты, развивающиеся в жидкости, зависят от амплитуды акустической волны и называются эффектами второго порядка. [c.13] Под влиянием этих эффектов развиваются вторичные явления (флотационный эффект, выпрямленной диффузии, ударной волны и др.), которые и оказывают воздействие на хпмико-тех-нологические процессы в акустическом поле. [c.13] На рис. 1.1 показана схема эффектов второго порядка и их связь с сопутствующими им явлениями. [c.13] Рассмотрим условия возникновения эффектов второго порядка, а также сопутствующих им явлений. [c.13] Вернуться к основной статье