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超声在液体中的非线性传播及其反常衰减

陈海霞 林书玉

超声在液体中的非线性传播及其反常衰减

陈海霞, 林书玉, 等
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-21

超声在液体中的非线性传播及其反常衰减

  • 1. 陕西师范大学物理学与信息技术学院,陕西省超声学重点实验室
  • 2. 陕西师范大学物理学与信息技术学院 应用声学研究所

摘要: 本文从广义的Navier-Stokes流体方程出发,考虑到流体介质的黏滞性和存在的热传导,导出了更接近实际流体的三维非线性声波动方程.鉴于声传播所涉及的空间和时间尺度的复杂性和多样性,文中针对一维情形下的非线性波动方程进行了求解和分析。由方程的二级近似解可以看出,声压振幅的衰减遵循几何级数规律,而且驱动声波的频率越高声压的衰减就越快.在满足条件时,基波的衰减系数与驱动频率的平方及耗散系数的乘积成正比;二次谐波的衰减规律更加复杂与频率的更高次幂相关.对声衰减系数及声压的分布进行数值计算时发现,声压的分布还与初始的声压幅值及频率有关,初始的声压与频率越高衰减的越快.另外,当声压高于液体的空化阈值时,液体中就会出现大量的空化泡,文中模拟了单个空化泡的运动,发现随着声压的增大空化泡的振动越剧烈、空化泡所受的黏滞力变大,随着声波作用时间的增大黏滞力的幅值迅速增大并与驱动声压值同阶,因而空化泡的非线性径向运动引起的声衰减不容忽视。结果表明,驱动声压越高在空化区域附近引起的声衰减越快、输出的声压越低.

English Abstract

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