Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

05.09 Акустические течения и радиационное давление

 

Губайдуллин А.А., Яковенко А.В. «Численное исследование акустического течения при вибрационном воздействии на цилиндрическую полость, заполненную газом» Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии. Доклады X Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения академика В.В. Струминского, Новосибирск, 23–25 апреля 2014 г., с. 67-70 (2014)

Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии. Доклады X Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения академика В.В. Струминского, Новосибирск, 23–25 апреля 2014 г., с. 67-70 (2014) | Рубрика: 05.09

 

Николаева А.В., Сапожников О.А., Бэйли М. «Акустическая радиационная сила, действующая со стороны ультразвукового пучка на находящийся в жидкости твердотельный шар эффект зависимости силы от ширины пучка, обусловленный возбуждением сдвиговых волн» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 60 (2017)

Теоретически решается задача повышения эффективности метода дистанционного перемещения небольших объектов под действием радиационной силы путем выбора оптимальных параметров ультразвукового пучка. Рассматривается расположенный в жидкости твердотельный сферический рассеиватель, на который падает фокусированный ультразвуковой пучок. Одним из практически важных является вопрос о том, как радиационная сила зависит от соотношения между поперечной шириной пучка и диаметром рассеивателя. Как показали расчеты для пучка с квазигауссовским поперечным распределением, зависимость имеет четко выраженный максимум при близости поперечных размеров пучка и рассеивателя. Аналогичный результат был получен и при использовании более приближенного к практике поршневого фокусирующего излучателя. Была высказана гипотеза, что физической причиной указанного эффекта является резонансное возбуждение сдвиговых волн акустической волной, распространяющейся вдоль поверхности камня в воде. Для проверки были проведены вычисления силы для двух материалов рассеивателя: моногидрата оксалата кальция (материал одного из типов почечных камней) и гипсового цемента марки U-30. При расчетах скорость продольной волны фиксировалась, а скорость поперечной волны изменялась в широком диапазоне. Оказалось, что наибольшая радиационная сила действительно достигалась при близости скорости поперечных волн в камне к скорости звука в жидкости.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 60 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Губайдуллин А.А., Пяткова А.В. «Акустическое течение при смешанных термических граничных условиях» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 60-61 (2017)

Выполнено численное исследование акустического течения в цилиндрической полости, подверженной вибрационному воздействию с малой амплитудой вибрации. Исследована зависимость течения от интенсивности теплообмена с окружающей средой. Показано изменение вида вихрей акустического течения при переходе от адиабатических граничных условий к изотермическим, осуществленном при помощи варьирования коэффициента теплоотдачи. В качестве примера для фиксированной частоты вибрации определены значения безразмерного коэффициента теплоотдачи, при которых картина акустического течения близка к предельным случаям, соответствующим адиабатическим и изотермическим граничным условиям.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 60-61 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Андреев В.Г., Лесик М.В., Соловьев С.И. «Захват и перемещение твердых микрочастиц с использованием закрученного ультразвукового пучка» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 65 (2017)

Решена задача захвата и перемещения в жидкости твердых сферических частиц ультразвуковым пучком, сформированным 8-элементной антенной решеткой. Формулируются требования к конфигурации ультразвукового поля и его интенсивности для захвата и удержания частиц заданного радиуса и плотности. Приведены измерения акустической мощности, излучаемой отдельными элементами решетки и показано, что амплитуда колебательной скорости может быть достаточно для захвата и удержания в воде полистереновых частиц субмиллиметрового размера.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 65 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Терзи М.Е., Цысарь С.А., Юлдашев П.В., Сапожников О.А. «Экспериментальное исследование способности закрученных ультразвуковых пучков поворачивать поглотители больших волновых размеров» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 70-71 (2017)

Волны любой природы переносят энергию и количество движения. При определенных конфигурациях волновых пучков возможен также перенос углового момента; такие пучки называются «закрученными». В настоящей работе исследуется способность закрученного акустического пучка мегагерцового диапазона вращать поглотитель большого размера (диаметром в несколько десятков длин волн) в жидкости. Закрученный пучок формировался в воде пропусканием ультразвукового излучения от фокусирующего пьезокерамического источника через неоднородную по толщине 12-секторную фазовую пластину из оргстекла. Пучок распространялся вертикально вверх и направлялся на акустический поглотитель в виде цилиндра диаметром 10 см и высотой 3 см, изготовленного из силиконовой резины. Поглотитель был свободно подвешен на тонкой упругой нити. Продемонстрировано, что при облучении поглотителя он приводится во вращение. С помощью сканирования акустического поля в поперечной плоскости миниатюрным гидрофоном находились двумерные распределения амплитуды и фазы волны, и на их основе рассчитывался приложенный к поглотителю момент радиационной силы пучка. Результаты расчетов находятся в согласии с проведёнными наблюдениями.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 70-71 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Черепанова Ж.В., Сапожников О.А., Цысарь С.А., Крыжановский М.А. «Использование радиационной силы, оказываемой на протяжённый поглотитель, для измерения акустических потерь при прохождении ультразвукового пучка через твердотельный слой» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 76 (2017)

При прохождении акустической волны через расположенный в жидкости твердотельный слой возникают энергетические потери, вызванные как поглощением в слое, так и отражениями от его границ. Поскольку неоднородный по толщине слой вызывает заметные искажения волнового фронта, то традиционный способ измерения потерь, основанный на регистрации уменьшения амплитуды плоской волны, оказывается неприменимым. В этих условиях требуется измерять мощность волны методом, не чувствительным к амплитудно-фазовой структуре акустического поля. В работе в качестве такого метода предлагается подход, основанный на измерении радиационной силы, оказываемой ультразвуковым пучком на протяжённый поглотитель.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 76 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Кудашова А.А., Демин И.Ю., Андреев В.Г. «Движение твердых микрочастиц в вязкоупругой среде под действием акустической радиационной силы» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 138 (2017)

Одной из наиболее значимых задач современной диагностики, является разработка метода, позволяющего выявить на ранней стадии рак молочной железы. Главным диагностическим параметром для данного типа рака считается скопление кальция – макро- и микрокальцификаты, образовывающиеся в тканях. В зависимости от их размера, формы и количества можно судить о стадии развития заболевания. При разработке новых методов медицинской диагностики важную роль играет правильный подбор модели мягкой биологической ткани. Принципиальное значение имеет материал, имитирующий определенные свойства ткани. В эластографии, прежде всего, важно, чтобы упругие свойства фантома соответствовали упругим свойствам той или иной биологической ткани. В качестве модели мягкой ткани в лабораториях используются полимерные фантомы, а также фантомы, основанные на желатиновоагаровой композиции. Приведены результаты измерения относительных смещений сферических микрочастиц в вязкоупругой среде под действием радиационной силы. В качестве экспериментальной модели были использованы специально разработанные желатиновые фантомы с включениями в виде стеклянных шариков размером от 100 до 300 мкм. Измерения проводились при помощи акустической системы Verasonics с открытой архитектурой, расположенной в лаборатории «Биомедицинских технологий, медицинского приборостроения и акустической диагностики (МедЛаб)» кафедры акустики радиофизического факультета ННГУ. В результате экспериментальных исследования была предложена методика определения размеров частиц из временных зависимостей смещения их относительно однородной среды. Эти результаты могут быть использованы для разработки метода ранней диагностики рака молочной железы по обнаружению твердых микрочастиц – микрокальцификатов, являющихся главным диагностическим параметром для данного типа рака и определению их размера.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 138 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Лесик М.В., Соловьев С.И., Андреев В.Г. «Акустический пинцет для захвата и перемещения микрочастиц на базе сфокусированного ультразвукового излучателя» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 138-139 (2017)

Рассматривается задача захвата и перемещения микрочастиц с помощью одиночного сфокусированного излучателя на частоте 2 МГц. Рассчитано пространственное распределение радиационной силы, действующей на твердые частицы полистерена и двуокиси кремния в поле фокусирующего излучателя с фокусным расстоянием 70 мм и апертурой 64 мм. Показано, что существуют области на расстоянии 64 мм от поверхности излучателя, где частицы диаметром 150 мкм могут быть захвачены и удержаны при амплитуде колебательной скорости на поверхности излучателя, превышающей 6 см/с. Проведены измерения смещения частиц двуокиси кремния в горизонтальных плоскостях, расположенных на расстояниях 60–70 мм от излучателя. Показано, что под действием радиационной силы микрочастицы смещаются и образуются области чистой поверхности, размеры и положение которых зависят от расстояния до излучателя и интенсивности ультразвука. Экспериментальные результаты соответствуют теоретическим расчетам. Предложенная схема простого акустического пинцета может быть востребована в биоинженерии для захвата и перемещения клеток и клеточных структур.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 138-139 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Пахомов М.А., Терехов В.И. «Распространение твердых частиц в газодисперсном ограниченном закрученном потоке. Эйлерово и лагранжево описания» Теплофизика и аэромеханика, № 3, с. 335-348 (2017)

Выполнено моделирование динамики дисперсной фазы в закрученном двухфазном потоке за внезапным расширением трубы с помощью эйлерова и полного лагранжева описаний. Несущая фаза описывается трехмерными осредненными по Рейнольдсу уравнениями Навье–Стокса с учетом обратного влияния частиц на процессы переноса в газе. Профили скорости, рассчитанные с помощью этих двух подходов, практически не отличаются. Показано, что основное отличие между эйлеровым и лагранжевым методами проявляется в профилях концентрации дисперсной фазы. Эйлеров метод предсказывает заниженное значение концентрации частиц по сравнению с лагранжевым (отличие достигает 15–20 %). Концентрация дисперсной фазы, рассчитанная по лагранжеву описанию, согласуется с данными измерений несколько лучше эйлерова подхода.

Теплофизика и аэромеханика, № 3, с. 335-348 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Андреев В.Г., Лесик М.В., Соловьев С.И. «Захват и перемещение твердых частиц с использованием закрученного ультразвукового пучка» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Решена задача захвата и перемещения в жидкости твердых сферических частиц ультразвуковым пучком, сформированным 8-элементной антенной решеткой. Формулируются требования к конфигурации ультразвукового поля и его интенсивности для захвата и удержания частиц заданного радиуса и плотности. Приведены измерения акустической мощности, излучаемой отдельными элементами решетки и показано, что амплитуда колебательной скорости может быть достаточно для захвата и удержания в воде полистереновых частиц субмиллиметрового размера.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Терзи М.Е., Цысарь С.А., Юлдашев П.В., Сапожников О.А. «Теоретический анализ крутящего момента, оказываемого закрученным ультразвуковым пучком на расположенный в жидкости поглотитель» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Волны любой природы переносят энергию и количество движения. При определенных конфигурациях волновых пучков возможен также перенос углового момента; такие пучки называются «закрученными». В работе исследуется способность закрученного акустического пучка мегагерцового диапазона вращать поглотитель большого размера (диаметром в несколько десятков длин волн) в жидкости. Закрученный пучок формировался в воде пропусканием ультразвукового излучения от фокусирующего пьезокерамического источника через неоднородную по толщине 12 секторную фазовую пластину из оргстекла. Пучок распространялся вертикально вверх и направлялся на акустический поглотитель в виде цилиндра диаметром 10 см и высотой 3 см, изготовленного из силиконовой резины. Поглотитель был свободно подвешен на тонкой упругой нити. Продемонстрировано, что при облучении поглотителя он приводится во вращение. С помощью сканирования акустического поля в поперечной плоскости миниатюрным гидрофоном находились двумерные распределения амплитуды и фазы волны, и на их основе рассчитывался приложенный к поглотителю момент радиационной силы пучка. Результаты расчетов находятся в согласии с проведёнными наблюдениями.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Лесик М.В., Соловьев С.И., Андреев В.Г. «Акустический пинцет для захвата и перемещения микрочастиц на базе сфокусированного ультразвукового излучателя» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Рассматривается задача захвата и перемещения микрочастиц с помощью одиночного сфокусированного излучателя на частоте 2 МГц. Рассчитано пространственное распределение радиационной силы, действующей на твердые микрочастицы двуокиси кремния в поле фокусирующего излучателя с фокусным расстоянием 70 мм и апертурой 64 мм. Показано, что существуют области на расстоянии 64 мм от поверхности излучателя, где частицы диаметром 150 мкм могут быть захвачены и удержаны при амплитуде колебательной скорости на поверхности излучателя, превышающей 6 см/с. Проведены измерения смещения частиц в горизонтальных плоскостях, расположенных на расстояниях 60∝0 мм от излучателя. Показано, что под действием радиационной силы микрочастицы смещаются, в результате чего образуются области чистой поверхности, размеры и положение которых зависят от расстояния до излучателя и интенсивности ультразвука. Экспериментальные результаты соответствуют теоретическим расчетам. Предложенная схема простого акустического пинцета может быть востребована в биоинженерии для захвата и перемещения клеток и клеточных структур.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Черепанова Ж.В., Крыжановский М.А., Цысарь С.А., Сапожников О.А. «Применение эффекта радиационного давления для измерения потерь энергии ультразвукового пучка при его прохождении через расположенный? в жидкости твердотельныи? слои?» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

При прохождении акустической волны через расположенный в жидкости твердотельный слой возникают энергетические потери, вызванные как поглощением в слое, так и отражениями от его границ. Поскольку неоднородный по толщине слой вызывает заметные искажения волнового фронта, то традиционный способ измерения потерь, основанный на регистрации уменьшения амплитуды плоской волны, оказывается неприменимым. В этих условиях требуется измерять мощность волны методом, не чувствительным к амплитудно-фазовой структуре акустического поля. В качестве такого метода предлагается подход, основанный на измерении радиационной силы, оказываемой ультразвуковым пучком на протяженный поглотитель.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Николаева А.В., Сапожников О.А., Бэйли М.Р. «Теоретический анализ зависимости радиационной силы, оказываемой акустическим пучком на твердотельный сферический рассеиватель, от соотношения ширины пучка и диаметра рассеивателя» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Теоретически решается задача повышения эффективности метода дистанционного перемещения небольших объектов под действием радиационной силы путем выбора оптимальных параметров ультразвукового пучка. Рассматривается расположенный в жидкости твердотельный сферический рассеиватель, на который падает фокусированный ультразвуковой пучок. Одним из практически важных является вопрос о том, как радиационная сила зависит от соотношения между поперечной шириной пучка и диаметром рассеивателя. Как показали расчеты для пучка с квазигауссовским поперечным распределением, зависимость имеет четко выраженный максимум при близости поперечных размеров пучка и рассеивателя. Аналогичный результат был получен и при использовании более приближённого к практике поршневого фокусирующего излучателя. Была высказана гипотеза, что физической причиной указанного эффекта является резонансное возбуждение сдвиговых волн акустической волной, распространяющейся вдоль поверхности камня в воде. Для проверки были проведены вычисления силы для двух материалов рассеивателя: моногидрата оксалата кальция (материал одного из типов почечных камней) и гипсового цемента марки U-30. При расчётах скорость продольной волны фиксировалась, а скорость поперечной волны изменялась в широком диапазоне. Оказалось, что наибольшая радиационная сила действительно достигалась при близости скорости поперечных волн в камне к скорости звука в жидкости.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 05.09

 

Макалкин Д.И., Коршак Б.А., Брысев А.П. «Экспериментальное наблюдение структурирования эритроцитов крови в поле стоячих поверхностных акустических волн» Акустический журнал, 63, № 5, с. 553-559 (2017)

Приведены экспериментальные результаты наблюдения эффекта структуризации одного из форменных элементов крови – эритроцитов, в поле стоячих поверхностных акустических волн. Получены характерные изображения полосчатых структур, образованных эритроцитами на поверхности ниобата лития вследствие ультразвукового воздействия. Проведен сравнительный анализ результатов по ультразвуковому структурированию эритроцитов в образце крови и частиц карбоната кальция в водном коллоидном растворе. Отмечается, что реализованный эффект качественно согласуется с теоретической моделью поведения ансамблей коллоидных частиц в акустическом поле, разработанной О.В. Руденко с соавторами.

Акустический журнал, 63, № 5, с. 553-559 (2017) | Рубрики: 05.09 06.02 13.04