Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

05.09 Акустические течения и радиационное давление

 

Гусев В.А., Жарков Д.А. «Влияние вязкости жидкости на поля радиационных сил» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 71 (2019). 106 с.

Исследуются акустические явления в слоистых средах, содержащих вязкую жидкость, и особенности формирования полей радиационных сил применительно к задачам структурирования ансамблей взвешенных частиц. Рассчитаны акустические поля, формируемые поверхностной волной на границе вязкого жидкого и упругого полупространств. Проведен анализ влияния вязкости и сдвиговых компонент акустического поля на пространственное распределение поля. Показано, что для слабовязких жидкостей изменение дисперсионных характеристик несущественно и наибольшее влияние испытывает затухание волны. Это означает, что для расчета скорости волны при малой вязкости можно использовать упрощенные схемы. При увеличении вязкости сдвиговые компоненты начинают заметно влиять на пространственную структуру поля. Рассмотрены механизмы возникновения радиационной силы, действующей со стороны акустического поля на взвешенные частицы. Показано, что в случае наночастиц основной механизм связан с увлечением их акустическими потоками. Рассчитаны поле и потенциал радиационной силы, формируемой стоячей поверхностной волной в жидкой среде. Наличие сдвиговых компонент приводит к существенному изменению пространственного распределения поля радиационной силы. В частности, при симметричном расположении встречных волн в центре образуется пологая область потенциала, а при удалении от него контраст областей минимальных и максимальных значений возрастает. Это означает, что структурирующее воздействие на наночастицы со стороны радиационных сил возрастает. Можно также ожидать, что при увеличении вязкости будет снижаться мешающее влияние броуновского движения. С другой стороны, при очень большой вязкости любое движение взвешенных частиц будет затруднено. Таким образом, существует диапазон оптимальных значений вязкости жидкости, пригодных для структурирования ансамблей взвешенных частиц. Ключевые слова: радиационные силы, поверхностная акустическая волна, наночастицы, упорядоченные структуры

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 71 (2019). 106 с. | Рубрика: 05.09

 

Гусев В.А. «Радиационные силы и акустические течения в жидком слое на упругой подложке» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 72 (2019). 106 с.

Исследованы особенности формирования и структуры полей радиационных сил в жидком слое, создаваемых поверхностной акустической волной на границе жидкой и упругой сред. Проанализированы различные механизмы возникновения радиационных сил и их воздействие на среду и взвешенные в ней частицы. Показано, что в зависимости от размеров частиц и соотношения плотностей определяющими будут различные механизмы. А именно, на частицы относительно крупных размеров действует радиационная сила (ее можно назвать "линейной"), связанная с рассеянием акустического поля на частице и различием импульсов перед и за частицей. Усреднение приводит к появлению ненулевой силы, причем нелинейные параметры среды в первом приближении здесь несущественны. Крупные частицы сложнее увлекаются акустическими потоками и для них преобладающим является "линейный" механизм. Необходимо отметить, что именно этот "линейный" механизм преимущественно и подразумевают, когда говорят о радиационном давлении. Напротив, для частиц малого размера (наночастиц) этот механизм оказывается неэффективным и им можно пренебречь по сравнению с другим механизмом. Наночастицы будут захватываться акустическими потоками, появление которых обусловлено нелинейностью уравнений гидродинамики. Такой механизм можно назвать "нелинейным", поскольку определяются, в первую очередь, нелинейными параметрами среды. На основе развитой теории радиационных сил рассчитаны акустические потоки в жидком слое на упругой подложке. Обсуждаются особенности структурирования ансамблей взвешенных частиц в таких потоках, а также возможности восстановления параметров сред и наночастиц. Ключевые слова: радиационные силы, поверхностная акустическая волна, наночастицы, упорядоченные структуры

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 72 (2019). 106 с. | Рубрика: 05.09

 

Диденкулов И.Н., Корчагина Т.С., Прончатов-Рубцов Н.В. «Распределение пузырьков в проточном акустическом волноводе под действием радиационной силы» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 72-73 (2019). 106 с.

В акустическом поле на пузырьки, помимо силы Архимеда, действует радиационная сила. При балансе радиационной силы и силы Архимеда пузырьки могут зависать (левитировать) в жидкости. При наличии течения жидкости на пузырьки дополнительно действует сила вязкого трения. В проточном акустическом резонаторе за счет радиационной силы возникает неравномерное распределение концентрации пузырьков, то есть наблюдается эффект чередующихся зон их сгущения и разрежения. В работе рассматривается действие радиационной силы на распределение концентрации пузырьков в акустическом волноводе, в котором присутствует течение жидкости. Учитываются все силы, действующие на пузырек. Рассматривается квазиравномерное движения пузырьков, которое возникает за счет баланса всех сил. Получены аналитические выражения для координат пузырьков и распределения их концентрации в волноводе. Численно исследованы различные режимы движения пузырьков. Рассмотренные эффекты могут найти применение в задачах управления движением пузырьков и малых частиц. Ключевые слова: проточный волновод, пузырьки, радиационная сила, распределение

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 72-73 (2019). 106 с. | Рубрика: 05.09

 

Жвания И.А., Конопацкая И.И., Миронов М.А., Пятаков П.А. «Акустическое течение, возбуждаемое фокусированным ультразвуком» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 84 (2019). 106 с.

Представлены результаты экспериментального исследования акустического течения, возбуждаемого в воде ультразвуковым фокусированным пучком. Фокусное расстояние излучателя с рабочей частотой 0.92 МГц равно 70 мм, диаметр фокального пятна при этом составляет 4.3 мм. Исследование проводилось в стеклянном заглушенном с торца бассейне, заполненном водой, размеры которого намного превышали длину волны ультразвука, что позволяло смоделировать течение в бесконечной среде. Измерение скорости установившегося течения производилось методом лазерной доплеровской анемометрии с одновременным измерением гидрофоном акустического давления в пучке, возбуждающем течение. Исследовался характер структуры течения вдоль оси акустического пучка, как в свободном потоке, так и при наличии экрана, поставленного поперек пучка, а также поперечные профили течения. Максимальное значение зафиксированной скорости составляло ∼5 см/сек. Основным результатом является полученная линейная зависимость скорости течения от электрического напряжения, подаваемого на излучатель (в пределах общей акустической мощности до 4.8 Ватт). Ключевые: фокусированный ультразвук, акустическое течение, лазерная доплеровская анемометрия

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 84 (2019). 106 с. | Рубрика: 05.09

 

Крутянский Л.М., Преображенский В.Л., Макалкин Д.И., Брысев А.П., Pernod P. «Параметрическое взаимодействие триад капилярно-гравитационных волн на поверхности жидкости при действии на нее радиационного давления ультразвука» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 97-98 (2019). 106 с.

Взаимодействие ультразвука с возмущениями поверхности жидкости представляют интерес как с точки зрения фундаментальной физики волн, так и с точки зрения возможных приложений в интенсивно развивающейся в настоящее время микро-акусто-флюидике, а так же при лабораторном моделировании мегамасштабных волновых процессов в океане. В настоящей работе представлены первые результаты экспериментальной реализации и изучения нелинейного параметрического взаимодействия ультразвука и гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) на свободной поверхности жидкости. Специфической особенностью физического механизма связи волн в данном случае является зависимость сил радиационного давления излучения плоской ультразвуковой волны от формы поверхности, на которую они действуют. Выполненные эксперименты подтверждают существование предсказанной ранее в работе V. Preobrazhensky, V. Aleshin, P. Pernod, Physics of Wave Phenomena, 2018, v.26, p.234 индуцированной радиационным давлением ультразвука нелинейной параметрической связи триад ГКВ. В экспериментах моды стоячих ГКВ возбуждались с помощью узкого ультразвукового пучка с несущей частотой 1.030 MHz и параметрически связанной с ним плоской ультразвуковой волной с несущей частотой 1.035 MHz. При этом амплитуда пучка модулировалась на резонансных частотах обертонов ГКВ f2=5.265 Гц и f4=7.873 Гц, а амплитуда плоской волны модулировалась на частоте fp=2.657 Гц с тем, чтобы удовлетворять условию нелинейного параметрического резонанса fp=2f2f4. Сопоставление результатов измерений амплитуд параметрически взаимодействующих триад ГКВ с критическим условием для реализации эффекта взрывной неустойчивости показали, что в проведенных экспериментах имел место подпороговый режим параметрического взаимодействия, инкремент которого примерно в четыре раза меньше критического значения, при достижении которого в системе наступает взрывная неустойчивость. В связи с этим обсуждаются возможные пути выполнения условий взрывной неустойчивости в данной системе. Ключевые слова: параметрическая связь волновых триад, гравитационно-капиллярные волны, ультразвуковая накачка

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 97-98 (2019). 106 с. | Рубрики: 05.09 08.02

 

Суханов Д.Я., Росляков С.Н., Емельянов Ф.С. «Левитация и управление упорядоченной группой частиц и прямолинейных структур в ультразвуковом поле» Акустический журнал, 66, № 2, с. 154-162 (2020)

Предлагается метод управления упорядоченной группой левитирующих в ультразвуковом поле частиц и структур из прямолинейных отрезков. Рассматривается ультразвуковое поле в воздухе на частоте 40 кГц и частицы размерами меньше четверти длины волны либо тонкие цилиндрические объекты диаметром меньше четверти длины волны. Ультразвуковое поле формируется с помощью четырех фазированных решеток излучателей, которые размещены встречно по боковым граням прямоугольного параллелепипеда. Излучатели формируют распределение поля стоячих волн на плоскости, что обеспечивает левитацию частиц в прямоугольной сетке в плоском слое. Путем численного моделирования и экспериментально показано, что полученное распределение стабилизируется и частицы остаются неподвижными в локальных минимумах потенциала Горькова. Кроме того, путем регулирования разности фаз встречных излучателей обеспечивается контролируемое перемещение группы частиц в горизонтальной плоскости. А изменение плоскости фокусировки боковых излучателей обеспечивает контролируемое перемещение группы частиц по вертикали. Экспериментально показано, что в рассматриваемом распределении поля возможна левитация не только малоразмерных частиц, но и структур, собранных из прямолинейных отрезков длиной много больше длины волны.

Акустический журнал, 66, № 2, с. 154-162 (2020) | Рубрика: 05.09