Введение к работе
і .
Актуальность темы.
Распространение упругих воли ультра- и гиперзвукового диапазонов является предметом интенсивных исследований уже несколько десятилетий. Использование высокочастотного (около 10 Гц ) звука дает возможность изучения сложных процессов структурной релаксации в жидкостях - именно в этот диапазон попадают релаксационные частоты при нормальных температурах. При изучении нелинейных акустических процессов чаще всего используются мощные ультразвуковые (УЗ) пучки; это обусловлено возможностью генерировать их компактными (пьезокерамическими) источниками. Эффективная же генерация гиперзвука (ГЗ) (частота 109 4-10" Гц ) в жидкости, из-за его сильного поглощения (коэффициент поглощения достигает 10s 4-10* см ) осуществима лишь я нелинейно - оптическом процессе вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюзна, то есть распределенным источником.
Наиболее изучен в акустике упругий механизм нелинейности, приводящий из-за слабой дисперсии к обогащению спектра гармониками и, вследствие этого, к образованию ударного фронта. Однако, как показано ранее [ Ф.В.Бункин, Г. А Ляхов, Труда ФИАН т. 156, с.З] , в большинстве поглощающих жидкостей доминирует тепловой механизм нелинейности. Тепловое самовоздействие УЗ пучков при этом наиболее эффективно в релаксационной области температур (и соответственно частот ) жидкости, где звуковая волна вызывает изменения
в структуре ближнего порядка. В этом диапазоне температур велики температурные производные как скорости звука, так и коэффициента поглощения, что делает возможным осуществление новых режимов теплового самовоздействия УЗ.
При организации теплового самовоздействия УЗ в рсзонаторной схеме возможно осуществление звукоиндуцированного свипирования его собственных частот. Кроме того, как показывает анализ феноменологически сходных оптических систем,, здесь могут возникать муль-тистабильность.регулярные и хаотические релаксационные колебания. Акустические аналоги этих явлений практически слабо изучены. Исследование УЗ резонаторов, заполненных нелинейной средой (вязкой жидкостью), перспективно для создания широкополосного перестраиваемого по частоте источника УЗ.
Изучение процессов, происходящих в жидкостях в гиперзвуковом поле, неизбежно связано с проблемой его генерации. В обычной схеме ВРМБ назад формируется попутная световой накачке волна ГЗ.' Однако использование в качестве накачки широкополосного (по сравнению с частотой ГЗ) оптического сигнала позволяет генерировать одновременно встречные ГЗ волны. Исследование эффективности такого процесса тем более интересно, что экспериментально обнаруженное, недавно {Н.Ф.Бункин, В.Б.Карпов Письма в ЖЭТФ 1990, т.82 с.ббЭ] понижение порога звуковой кавитации жидкости в широкополосном оптическом поле, не нашедшее своего объяснения в рамках принятого механизма кавитации, представляется тесно связанным именно с генерацией стоячей компоненты ГЗ.
Целью работы является:
-
Развитие теории теплового самовоздействия УЗ в релаксационной области температур вязкой жидкости.
-
Теоретический расчет режимов действия и эффективности резо-наторной схемы организации теплового самовоздействия и взаимодействия УЗ воли в вязкой жидкости.
-
Анализ эффективности генерации встречных ГЗ волн при ВРМБ широкополосной накачки.
Научная новизна работы состоит в том, что
Построена теория нового нелинейного акустического эффекта пространственно - временной самоконцентрации звукового пучка в релаксационной области температур вязкой жидкости с большим значением температурных производных скорости и поглощения звука.
Предсказаны и описаны бистабильный, автоколебательный и стохастический режимы пропускания резонатора, заполненного вязкой жидкостью.
На основе построенной теории генерации ГЗ в широкополосном оптическом поле предложен и рассчитан согласованный с экспериментальными данными механизм гиперзвуковой кавитации жидкости.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы:
для создания приборов локализованного УЗ воздействия на технологические материалы и биоткани,
для реализации новой методики измерения абсолютной интенсивности УЗ волны,
для создания широкополосного акустического излучателя с плавной перестройкой частоты,
для оптимизации схемы вынужденного температурного рассеяния звука за счет выбора ширины спектра накачки и затравочной волны,
для подавления ВРМБ о оптических линиях прь использовании широкополосной накачки.
Основные положения выносимые на защиту:
-
Расчет параметров и определение условий наблюдения эффекта самоконцентрации мощного УЗ пучка, который прояьлястся в релаксационной области температур вязкой жидкости.
-
Расчет эффективности теплового самовоздействия УЗ в предпе-реходной фазе жидкого кристалла, определение условий его наблюдения.
-
Построение теории теплового взаимодействия УЗ волн в нелинейном резонаторе. Определение условий реализации бистабилыюго, автоколебательного и стохастического режимов его пропускания в зависимости от входной интенсивности УЗ волны.
-
Построение теории генерации встречных ГЗ волн при ВРМБ ШИ7 рокопОлосной (по сравнению с частотой ГЗ) лазерной накачки. Расчет пороговых условий кавитации жидкости в поле квазистоячей ГЗ волны.
Апробация результатов.
Основные результаты работы представлены на Втором Всесоюзном Семинаре "Акустика неоднородных сред" (Новосибирск. 1991), доложены на семинарах Отдела Волновых Явлений ИОФ РАН , опублико-
ваиы в б научных статьях.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения» трех глав, заключеігия, 19 рисунков, 1 таблицы, списка литературы из 87 навиенований; содержит ПО страниц текста. Каждую главу завершает сводка основных результатов.
Личный вклад автора:
Автору принадлежит постановка конкретных теоретических задач, определение метода решения, получение конкретных результатов и их интерпретация. Выбор научного направления и общая постановка задач осуществлены под руководством Г.А.Ляхова. Сопоставление теоретических результатов с экспериментальными данными проведено в сотрудничестве с К.ФЛІипиловьім, Н.Ф.Бункиным и А.К.Проскуряковым.
Похожие диссертации на Теория самовоздействия и нелинейной генерации звука в вязкой жидкости
