Акустическая трансляция - Acoustic streaming

Акустическая трансляция представляет собой устойчивый поток в жидкости, вызванный поглощением большой амплитуды акустический колебания. Это явление можно наблюдать около излучателей звука или в стоячих волнах внутри помещения. Трубка Кундта Это менее известная противоположность генерации звука потоком.

Есть две ситуации, когда звук поглощается в среде его распространения:

• во время размножения.^[1] Коэффициент затухания равен ${ Displaystyle альфа = 2 эта омега ^ {2} / (3 ро с ^ {3})}$, следующий Закон Стокса (затухание звука). Этот эффект более интенсивен на повышенных частотах и ​​намного сильнее в воздухе (где затухание происходит на характерном расстоянии ${ displaystyle alpha ^ {- 1}}$~ 10 см на частоте 1 МГц), чем в воде (${ displaystyle alpha ^ {- 1}}$~ 100 м на 1 МГц). В воздухе он известен как Кварцевый ветер.
• возле границы. Либо когда звук достигает границы, либо когда граница колеблется в неподвижной среде.^[2] Стена, колеблющаяся параллельно самой себе, генерирует поперечную волну ослабленной амплитуды в пределах Осциллирующий пограничный слой Стокса. Этот эффект локализован на длине затухания характерного размера ${ displaystyle delta = [ eta / ( rho omega)] ^ {1/2}}$ чей порядок величины составляет несколько микрометров как в воздухе, так и в воде на частоте 1 МГц. Текущий поток, создаваемый за счет взаимодействия звуковых волн и микропузырьков, эластичных полимеров,^[3] и даже биологические клетки^[4] являются примерами акустического потока, управляемого границами.

Происхождение: физическая сила из-за поглощения звука в жидкости.

Акустическая потоковая передача - это нелинейный эффект. ^[5]Мы можем разложить поле скорости на вибрационную и стационарную части. ${ displaystyle {u} = v + { overline {u}}}$.Вибрационная часть ${ displaystyle v}$ обусловлен звуком, а устойчивой частью является скорость акустического потока (средняя скорость). Уравнения Навье – Стокса для скорости акустического потока следует:

${ displaystyle { overline { rho}} { partial _ {t} { overline {u}} _ {i}} + { overline { rho}} { overline {u}} _ {j} { partial _ {j} { overline {u}} _ {i}} = - { partial { overline {p}} _ {i}} + eta { partial _ {j} ^ {2} { overline {u}} _ {i}} - { partial _ {j}} ({ overline { rho v_ {i} v_ {j}}} / { partial x_ {j}}).}$

Устойчивое течение происходит от постоянной силы тела ${ displaystyle f_ {i} = - { partial} ({ overline { rho v_ {i} v_ {j}}}) / { partial x_ {j}}}$ который появляется с правой стороны. Эта сила является функцией того, что известно как Рейнольдс подчеркивает в турбулентности ${ displaystyle - { overline { rho v_ {i} v_ {j}}}}$. Напряжение Рейнольдса зависит от амплитуды звуковых колебаний, а сила тела отражает уменьшение этой звуковой амплитуды.

Мы видим, что это напряжение нелинейно (квадратичный ) по амплитуде скорости. Он отличен от нуля только при изменении амплитуды скорости. Если скорость жидкости колеблется из-за звука как ${ Displaystyle эпсилон соз ( омега т)}$, квадратичная нелинейность порождает установившуюся силу, пропорциональную ${ displaystyle scriptstyle { overline { epsilon ^ {2} cos ^ {2} ( omega t)}} = epsilon ^ {2} / 2}$.

Порядок величины скоростей акустических течений

Даже если вязкость отвечает за акустическое течение, значение вязкости исчезает из результирующих скоростей потока в случае приграничного акустического пропаривания.

Порядок величины скорости потока:^[6]

• вблизи границы (вне пограничного слоя):

${ displaystyle U sim - {3} / {(4 omega)} times v_ {0} dv_ {0} / dx,}$

с ${ displaystyle v_ {0}}$ скорость звуковых колебаний и ${ displaystyle x}$ вдоль границы стены. Поток направлен в сторону уменьшения звуковых колебаний (узлов колебаний).

• возле вибрирующего пузыря^[7] радиуса покоя a, радиус которого пульсирует с относительной амплитудой ${ displaystyle epsilon = delta r / a}$ (или же ${ Displaystyle г = эпсилон а грех ( омега т)}$), и чей центр масс также периодически перемещается с относительной амплитудой ${ Displaystyle epsilon '= дельта х / а}$ (или же ${ Displaystyle х = эпсилон 'а грех ( омега т / фи)}$). со сдвигом фаз ${ displaystyle phi}$

${ displaystyle displaystyle U sim epsilon epsilon 'a omega sin phi}$

• далеко от стен^[8] ${ Displaystyle U сим альфа P / ( пи мю с)}$ далеко от истока потока (с ${ displaystyle P}$акустическая мощность, ${ displaystyle mu}$ динамическая вязкость и ${ displaystyle c}$ скорость звука). Ближе к источнику потока скорость масштабируется как корень ${ displaystyle P}$.

• было показано, что даже биологические виды, например, прикрепленные клетки, также могут проявлять акустический поток при воздействии акустических волн. Клетки, прилипшие к поверхности, могут создавать акустический струящийся поток порядка мм / с, не отрываясь от поверхности.^[9]

Рекомендации