Влияние фазовых переходов на отражение акустических волн от границы загрязненного тумана
Д.А. Губайдуллин, Ю.В. Федоров, Р.Р. Зарипов
Институт механики и машиностроения КазНЦ РАН, г. Казань, 420111, Россия
Аннотация
Представлена математическая модель, определяющая наклонное падение низкочастотной акустической волны на границу раздела между чистым воздухом и парогазовой смесью с каплями жидкости и твердыми частицами. Построены зависимости коэффициента отражения акустической волны от объемного содержания включений и угла падения волны. При нормальном падении акустической волны на границу раздела найдена монотонная зависимость коэффициента отражения от объемного содержания включений, а при наклонном падении установлена ее немонотонная зависимость. Найдено аналитическое выражение критического угла, при котором возможно полное прохождение акустической волны через границу раздела. Установлен диапазон изменения объемных содержаний капель, в котором возможно нулевое значение коэффициента отражения на низких частотах при наклонном падении волны. Показано существенное влияние концентрации пара на зависимость критического угла падения волны от объемного содержания включений. В частном случае найдено хорошее согласие приведенной теории с результатами других авторов.
Ключевые слова: акустическая волна, туман, твердая частица, граница раздела, коэффициент отражения, коэффициент прохождения
Благодарности. Работа выполнена при финансовом содействии Совета по грантам Президента Российской федерации для государственной поддержки молодых российских ученых (МК-3497.2018.1).
Литература
1. Безрукова Н.А. Чернокульский А.В. Российские исследования облаков и осадков в 2011–2014 гг. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2015. – Т 52, № 5. – С. 577–589.
2. Baudoin M., Coulouvrat F., Jean-Louis Thomas. Sound, infrasound, and sonic boom absorption by atmospheric clouds // J. Acoust. Soc. Am. – 2011. – V. 130, No 3. – P. 1142–1153.
3. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. – М.: Наука, 1987. – 464 с.
4. Губайдуллин Д.А. Динамика двухфазных парогазокапельных сред. – Казань: Изд-во Казан. матем. о-а, 1998. – 153 с.
5. Temkin S. Suspension acoustics: An introduction to the physics of suspension. – N. Y.: Cambridge Univ. Press, 2005. – 398 p.
6. Arslan E., Ozyoruk Y., Caliskan M. Numerical analysis of one-dimensional sound propagation through a duct containing water droplets // J. Comput. Acoust. – 2017. – V. 25, No 1. – Art. 1650017. – doi: 10.1142/S0218396X1650017X.
7. Arslan E., Ozyoruk Y., Caliskan M. Numerical study of mean flow effect on sound propagation through an aerosol // J. Acoust. Soc. Am. – 2016. – V. 140, No 4. – Art. 3250. – doi: 10.1121/1.4970287.
8. Sun D., Zhang X., Fang L. Coupling effect of gas jet and acoustic wave on inhalable particle agglomeration // J. Aerosol Sci. – 2013. – V. 66. – P. 12–23. – doi: 10.1016/j.jaerosci.2013.08.008.
9. Osipov V., Khasin M., Hafiychuk H., Muratov C., Watson M., Smelyanskiy V. Mitigation of solid booster ignition over pressure by water aerosol sprays // J. Spacecr. Rockets. – 2015. – V. 52, No 3. – P. 928–943. – doi: 10.2514/1.A33110.
10. Гумеров Н.А., Ивандаев А.И. Распространение звука в полидисперсных газовзвесях // Прикл. механика и техн. физика. – 1988. – № 5. – С. 115–124.
11. Губайдуллин Д.А., Ивандаев А.И. Влияние полидисперсности на распространение звука в смесях газа с паром и каплями жидкости // Прикл. механика и техн. физика. – 1993. – № 4. – С. 75–83.
12. Шагапов В.Ш., Сарапулова В.В. Особенности преломления звука в атмосфере при тумане // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2014. – Т. 50, № 6. – С. 683.
13. Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред. – М.: Наука, 1989. – 416 с.
14. Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В. Сферические и цилиндрические волны в парогазовых смесях с полидисперсными частицами и каплями // Теплофизика высоких температур. – 2012. – Т. 50, № 5. – С. 659–664.
15. Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В. Особенности отражения акустических волн от границы или слоя двухфазной среды // Акуст. журн. – 2018. – Т. 64, № 2. – С. 162–173.
16. Шагапов В.Ш., Сарапулова В.В. Особенности отражения и преломления акустических волн на границе раздела между газом и дисперсной системой // Прикл. механика и техн. физика. – 2015. – Т. 56, № 5. – С. 119–129. – doi: 10.15372/PMTF20150510.
Поступила в редакцию
26.02.18
Губайдуллин Дамир Анварович, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, руководитель
Институт механики и машиностроения КазНЦ РАН
ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия
E-mail: gubaidullin@imm.knc.ru
Федоров Юрий Валентинович, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
Институт механики и машиностроения КазНЦ РАН
ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия
E-mail: kopperfildd@ya.ru
Зарипов Ринат Рамилевич, аспирант
Институт механики и машиностроения КазНЦ РАН
ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия
E-mail: rinat_zaripov.imm@mail.ru
Для цитирования: Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В., Зарипов Р.Р. Влияние фазовых переходов на отражение акустических волн от границы загрязненного тумана // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 3. – С. 508–516.
For citation: Gubaidullin D.A., Fedorov Yu.V., Zaripov R.R. Effect of phase transformations on acoustic wave reflection from contaminated fog boundary. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2018, vol. 160, no. 3, pp. 508–516. (In Russian)
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
