Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ:
Реальные жидкости всегда содержат различные фазовые включения (ФВ) в виде газовых пузырьков и твердых частиц-взвесей. Вблизи фазовых переходов кроме того могут содержаться зародыши новой фазы в виде паровых пузырьков или центров кристаллизации (ц. к. ). Свойства микронеоднородных жидкостей сильно зависят от внутренней структуры и от типа и размерного состава ФВ, содержасшхся в жидкости. Акустические свойства микронеоднородных жидкостей могут также сильно зависеть и от характера динамики ФВ в звуковом поле. Так, при распространении звука в воде, в биологических и технологических растворах наблюдаются дополнительное поглощение и дисперсия скорости звука, обусловленные диссипативным характером пульсаций парогазовых пузырьков в акустическом поле, а также дополнительное линейное и нелинейное рассеяние как на отдельных 4>в, так и на коллективах фв.
Изучение рассеяния звука в микронеоднородной жидкости является мощным дистанционным методом диагностики структуры таких сред. Особый интерес представляет изучение рассеяния звука на пузырьках, которые всегда присутствуют в жидкости и являются сильными рассеивателями звука благодаря своим резонансным свойствам. Очень часто в жидкости одновременно присутствуют различные ФВ, например, пузырьки могут содержаться наряду с твердыми частицами, взвесями и эмульсионными каплями в морской воде, а также в различных жидкостях, применяемых в технологических процессах. На практике часто возникает необходимость получения информации не только о суммарной концентрации таких микронеоднородностей, но также о раздельном вкладе каждого из типов включений. задача определения одновременно типа неоднородностей, их концентрации и функции распределения по размерам является весьма актуальной и практически важной наряду с чисто научным интересом, возникающим в связи с необходимостью развития основ акустики микронеоднородных сред.
Итак, установление взаимосвязи между структурой
микронеоднородной жидкости и ее различными микроскопическими характеристиками (включая динамику ФВ) является важной и актуальной как в теоретическом, так и практическом отношении. Таким образом, исследования акустики микронеоднородных жидкостей и создание акустических методов диагностики микронеоднородных жидкостей является в целом весьма актульной задачей.
Целью диссертационной работы являлось проведение теоретических і экспериментальных исследований в области линейной и нелинейно) акустики микронеоднородных жидкостей (как с фазовым превращениями, так и без фазовых превращений), развити теоретических основ акустики микронеоднородных жидкостей разработка методов акустической спектроскопии ФВ в жидкости.
Впервые теоретически исследована динамика центров кристаллизации (ц.к.) в звуковом поле с учетом неравновесност фазового превращения, а также развиты вопросы динамики парогазовы пузырьков с учетом "зацепляющегося" характера совместног воздействия процессов диффузии газовой компоненты и вынужденног теплообмена при испарении и конденсации жидкости и пара н межфазной поверхности.
Разработан новый метод решения задач о нелинейно взаимодействии звука с различными фазовыми включениями с учето межфазного тепло и массобмена и кинетики фазового превращения.
Впервые поставлена и решена задача о нестационарной линейно и нелинейной динамике газового пузырька в поле импульсной накачки
впервые исследовано линейное и нелинейное рассеяние звука к различных включениях с учетом механизмов фазовых превращений диссипации энергии на их поверхности, а также эффекте нестационарности при воздействии акустических импульсов.
Впервые исследовано поглощение и дисперсия скорости звука кристаллизующихся жидкостях, а также в жидкостях, содержат! парогазовые пузырьки при различных функциях распределен! включений по размерам.
Впервые проведено теоретическое изучение акустическі нелинейности жидкости с различными включениями типа парогазові пузырьков и центров кристаллизации.
проведено обобщение полученных для случая классическі жидкости результатов на случай сверхтекучего гелия Не-11.
На основе разработанных теоретических представлений внедрения в практику гидрофизических исследований параметрическі излучателей впервые проведены систематические зкепериментальні исследования по дистанционной акустической спектроскопии пузьірькі в морской воде при различных условиях.
5.
На основе развитых теоретических представлений впервые проведены экспериментальные исследования акустической нелинейности верхнего приповерхностного слоя моря, содержащего пузырьки.
Научная и практическая значимость работы состоит в значительном расширении представлений о явлениях, связанных с распространением и рассеянием акустических волн в микронеоднородных жидкостях при различных температурах, как далеких от температуры фазовых превращений, так и вблизи температуры фазового перехода. вследствие чего полученные в диссертации результаты позполмит:
решать практические задачи о нелинейном взаимодействии звука с различного рода фазовыми включениями как без учета, так и с учетом межфазного тепло и массобмена и кинетики фазового превращения;
решать некоторые важные в практическом отношении обратные задачи как, например, установление по микроскопическим акустическим свойствам (коэффициенту объемного рассеяния звука, коэффициенту поглощения, нелинейному параметру и т.п.) типа и спектрального состава фазовых включений в микронеоднородной жидкости;
создавать системы акустического мониторинга сложных
нестационарных микронеоднородных сред типа приповерхностного
слоя моря, основываясь на совокупности развитых представлений и
разработок в области акустической спектроскопии
микронеоднородных жидкостей;
Диссертационная работа выполнялась в рамках ряда государственных научных программ, информация о выполнении которых содержится в библиографических ссылках к работе. К наиболее крупным из числа поздних НИР относятся: проект "Акустика" общегосударственной программы "Мировой океан" (комплексные исследования океанов и морей, Арктики и Антарктики, направление 01. Физические поля морей России и океанов (раздел 01.04) постановление ГКНТ СССР Н 776 от 20.05.1991 г. ) и программа фундаментальных исследований ДВО РАН "Акустические исследования структуры океанической среды". Часть работы выполнялась также при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований: проект 94-02-06092 "Исследования нелинейных акустических явлений в микронеоднородных жидкостях с фазовыми превращениями и разработка методов акустической диагностики" (руководитель Буланов В.а.) и
6. проект 96-02-19795 "Нелинейная акустика микронеоднородны жидкостей с фазовыми превращениями" (руководитель Буланов в.а.) Отдельные положения работы использовались автором при чтени спецкурсов лекций "Основы гидрофизики", "Нелинейная акустика" : "Рассеяние волн в микронеоднородных средах" студентам физическог
факультета ДВГУ В 1983-1992 гг.
Таким образом в диссертации развито новое научно направление в акустике неоднородных сред - акустик микронеоднородных жидкостей с учетом фазовых превращений и развиті методы акустической спектроскопии микронеоднородностей в жидкост с использованием нестационарного и нелинейного рассеяния распространения звуковых волн.
основные результаты опубликованы в 57 научных работах. Основные результаты докладывались на IX (1977, Москва), X (1983, Москва), XI (1991, Москва) всесоюзных акустических конференциях, на 9 (1978, Мадрид); 10 (1980, Сидней), 12 (1986, Галифакс-Торонто), із (1989, Дубровник) Международных акустических конгрессах; на ю
(1984, Кобе), 11 (1987, Новосибирск) , 13 (1993, Берген)
международных симпозиумах по нелинейной акустике; на
международной конференции по ультразвуку (1985, Лондон); на
Международной конференции по морской технике и технологии (Black
Sea'90, 1990, Варна); на II Европейской конференции по подводной
акустике (1994, Копенгаген); на 2 (1978), 3 (1980), 4 (1982), 5
(1984), б (1986 ), 7 (1989) дальневосточных акустических конференциях (Владивосток); на Всесоюзном совещании "нелинейная гидроакустика 82" (1982, Таганрог); на IV Всесоюзной конференции "Мировой океан" (1983, Владивосток), на всесоюзном совещании "Акустические методы регистрации частиц сверхвысоких энергий в проекте ДЮМАНД" (1984, Ворошиловград); на 5 всесоюзной коференции "методика и техника ультразвуковой спектроскопии" (1984, Вильнюс); на всесоюзном симпозиуме "Акустическая кавитация и применение ультразвука в химической технологии" (1985, Славское); на VIII Всесоюзной конференции по автоматизации эксперимента в научных исследованиях (1986, Ленинград); на 2 всесоюзном акустическом семинаре "Модели, алгоритмы, принятие решений-МАПР"
(1988); на 2 И 4 ССМИНаре СНГ "Акустика неоднородных Сред" (1992,
7.
1996, Новосибирск); на IV сессии Российского акустического общества (1995, Москва); на семинарах Акустического института (5 отдел, 1980-1982 ), Тихоокеанского океанологического института (1979-1990). на семинарах Института проблем морских технологий (1990-1996), на семинаре лаборатории океанической акустики Института океанических наук (1991, рук. проф.Д. Фармер, Сидни, Канада); на семинарах Национальной акустической лаборатории Института акустики АН КНР (1989, 1993, рук. проф.Чжан Рейхе, Пекин); на семинарах Лаборатории индустриальной акустики Датского технического университета (1989, 1994, рук. проф. Л.Бьорно, Копенгаген).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
