Анненкова Е.А., Сапожников О.А. «Нелинейная динамика жидких капель под воздействием интенсивных акустических волн» Нелинейный мир, 18, № 2, с. 33-41 (2020)

Постановка проблемы. Проблема описания нелинейной эволюции сферической стоячей волны в жидкой капле акустического фонтана является важной для такой задачи медицинской акустики, как гистотрипсия. В течение последних лет развивалась инновационная модификация метода под названием «гистотрипсия с кипением», в котором акустический фонтан имеет достаточно сложную форму. Наиболее просто акустический фонтан наблюдается на границе вода–воздух под воздействием фокусированного ультразвука мегагерцового диапазона частот. Скоростная съемка акустических фонтанов показала, что через некоторое время после включения источника ультразвука из жидкости вырывается струя, распадающаяся на цепочку из капель одинакового размера. Через некоторое время капли, обычно начиная с самой верхней, начинают по невыясненной пока причине терять устойчивость и взрываться, приводя к распылению жидкости. Проведенные недавно экспериментальные исследования поведения капель в акустическом фонтане позволили выявить, что непосредственно перед потерей устойчивости в центре прозрачной капли появляется темная точка, что указывает на возможный разрыв жидкости, то есть возникновение кавитации. Теоретическая модель описания данной задачи сложна и получение аналитических решений представляется возможным только в рамках упрощенных моделей. Для более полного описания задачи требуется использование методов численного моделирования. Цель. Провести теоретическое исследование физических процессов в жидких каплях при воздействии интенсивных акустических волн, используемых в ультразвуковой визуализации и терапии. Результаты. Построена численная модель нелинейной эволюции сферической стоячей волны в акустическом резонаторе сферической формы с абсолютно мягкой границей. Рассчитаны временные зависимости давлений и распределения температуры внутри акустического резонатора сферической формы и установлено, что на границе резонатора реализуются условия для возникновения неустойчивостей. На основе данной модели проанализировано поведение капли акустического фонтана и выявлены возможные причины ее неустойчивости (кавитация в центре капли и возникновение неустойчивостей на границе капли), приводящей к взрыву капли, который является одним из механизмов осуществления гистотрипсии в ультразвуковой терапии. Практическая значимость. Разработанная теоретическая модель нелинейного акустического резонатора сферической формы имеет характер фундаментальной задачи, имеющей аналоги в различных областях акустики помимо капель акустического фонтана.

Кольцов Ю.В., Кольцов Д.Ю. «Линии ударной волны: динамика развития. Часть 1» Нелинейный мир, 18, № 2, с. 62-76 (2020)

Постановка проблемы. Работа посвящена динамике развития нелинейных электрических структур – линий ударной волны (ЛУВ). В настоящее время огромный интерес у разработчиков ЛУВ вызывает представление волновой картины процесса формирования ударной волны, а также исследование возможностей точной управляемой временной задержки. При этом особое внимание необходимо уделить начальным этапам развития ЛУВ. Цель. Проанализировать последовательность событий, приведших к появлению ЛУВ, и основные теоретические положения, способствовавшие становлению ЛУВ. Указать пионеров разработки и применения ЛУВ, открывших новое направление радиоэлектроники. Результаты. Приведены наиболее значимые достижения на начальном этапе развития ЛУВ, которые заложили теоретические и практические основы феноменальных успехов ЛУВ. Практическая значимость. В части 1 работы рассмотрены структуры ЛУВ, моделирующие формирование ударной волны и применяемые на практике. Использование ЛУВ позволяет им успешно конкурировать с оптическими системами, решая самые актуальные задачи радиоэлектроники.