см. также "Распространение нелинейных волн в неоднородных движущихся средах "
Акустические волны болшой амплитуды – классический объект исследования в физике нелинейных волн в средах без дисперсии. Характерной особенностью таких волн является образование ударных фронтов – резких скачков давления, которые образуются в профиле волны при ее распространении. Помимо особенностей во временной структуре, акустические поля, создаваемые реальными ультразвуковыми излучателями, часто имеют сложную пространственную структуру, как, например, ближнее поле поршневого излучателя самой простой геометрии (Рис. 1). Получить аналитические решения уравнений, описывающих такие поля, удается лишь в исключительных случаях, поэтому очень эффективными являются методы численного моделирования. За последние десять лет в мы разработали оригинальные численные подходы и алгоритмы, оптимизированные для моделирования широкого круга различных нелинейно-акустических задач. Фактически, развитые алгоритмы служат нам как виртуальные экспериментальные установки, с помощью которых мы можем создавать или оптимизировать реальные ультразвуковые приборы, а также предсказывать и объяснять наблюдаемые в эксперименте физические явления. Так, например, наш численный эксперимент по «измерению» нелинейного поля поршневого УЗ излучателя в воде (Рис. 1), предсказал новый нелинейно-дифракционный эффект: образование двух ударных фронтов на одном периоде волны (Рис. 2). Этот эффект впоследствии наблюдался в эксперименте, проведенном с нашими коллегами в Лионе на уникальной установке, работающей на предельных акустических мощностях. Новый круг задач, к которому мы подошли в последее время, это распространение нелинейных акустических сигналов в неоднородной среде. Это могут быть тепловые неодородности, вызванные нагревом среды, поскольку скорость звука зависит от температуры. Такие задачи характерны для медицинских приложений, где все больше используются нелинейные волны. Могут быть вихри или течения, что характерно для задач распостранения импульсов звукового удара в турбулентной атмосфере или взрывных волн в океане. Подобные задачи практически не исследованы, очень интересны и безусловно важны для многих приложений.
|
|
|
|