Взаимодействие поверхностных акустических волн с газовым окружением Александров, Олег Евгеньевич

Введение к работе

1. Актуальность проблемы. Необходимость исследования взаимодействия поверхностных акустических волн (ПАВ) с газами вытекает как из широкого использования этого типа волн в технологии обработки электрических сипіалов, так и из привлекательности ПАВ, как удобного инструмента для изучения характеристик газов и взаимодействия газовых молекул с поверхностью твердого тела. Последнее следует из уникальной возможности внесения с помощью ПАВ регулярного и точно дозируемого возмущения на границу раздела сред при возможности электрического или лазерного контроля. Кроме того, возможно создание на базе систем ПАВ-газ технологических устройств, использующих индуцируемые ПАВ акустические течения для создания контролируемых микропотоков газа, а измерение скорости акустического течения или затухания ПАВ можно использовать для контроля газового состава смеси или измерения параметров самой ПАВ вместо лазерного зонда и т.д. Как следствие возникает необходимость предсказания взаимного влияния ПАВ и газового окружения. Важность теоретического изучения затухания ПАВ из-за газового нагружения подтверждается и тем, что существующие теории этого явления не могут объяснить экспериментальных данных в высокочастотной области.

2. Цель работы. Восполншь пробелы в теории взаимодействия ПАВ и газового окружения на основе создания мотелей взаимодействия для вязкого и свободномолекулярного режимов.

3. Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

показано значение влияния теплопроводности и вязкости на процесс
взаимодействия ПАВ и газового окружения, начиная с чисел Кнудсена

для длины волны сжатия в газе от 0.01 и выше (Кп(к) >'0.0l);

объяснены причины отклонения экспериментальных данных по затуханию ПАВ из-за газового нагружения в высокочастотной (0.01 + 1/7) области от известных теорий;

рассчитаны коэффициенты затухания ПАВ с учетом вязкости и теплопроводности газа для полубесконечного газового окружения и для плоской щели;

рассчитаны скорости возбуждаемых ПАВ газовых течений в вязком и свободномолекулярном режимах для полубесконечного газового окружения и для плоской щели;

исследованы особенности возбуждения течений в свободномолекулярном
режиме, впервые предсказан новый эффект увлечения газа ПАВ, выдан
ный деформацией поверхности твердого тела и пропорциональный пер
вой степени амплитуды ПАВ.

1.4. Автор защищает:

результаты теоретического исследования взаимодействия ПАВ с газовым окружением в вязком и свободномолекулярном режимах;

представление о том, что вязкость и особенно теплопроводность газа играют определяющую роль в вязком режиме взаимодействия ПАВ с газовым окружением при высоких частотах, их влияние пропорционально

представление об особой роли деформации поверхности ПАВ в процессе возбуждения течений газа в свободномолекулярном режиме по ддиж ПАВ.

1.5. Практическая ценность работы. Полученные в диссертащ»
формулы для коэффициента затухания ПАВ при газовом нагруженни по
зволяют точно рассчитывать значения затухания ПАВ при проектировали!
электронных устройств (линии задержки, частотные фильтры). На основ,
явления резонансного поглощения энергии ПАВ в плоской щели возможік
создание датчиков концентраций бинарных смесей газов. Исследованные
эффекты акустического течения могут быть использованы при разработк
устройств для создания регулируемых микропотоков газов, а при низки:
давлешіях (в свободномолекулярном режиме) н для конструирования насо
сов.

1.6. Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех раз делов, заключения, списка использованных источников, включающего 2 наименований, таблиц и рисунков по тексту работы. Общий объем дне сертации 148 страниц. Она содержит 107 страниц машинописного текст; 2 таблицы н 38 рисунков.

1.7. Порядок изложения диссертации. Первая глава посвящен классификации режимов взаимодействия ПАВ и газа по числу Кнудсена учетом наличия нескольких характерных размеров течения. На осної классификации проводится анализ существующих экспериментальных теоретических исследований проблемы. Формулируются основные цел данной работы.

Вторая глава описывает вязкий предел взаимодействия ПАВ с газі вым окружением. Анализируется воздействие вязкого прилипания газа стенхе и атияние неадиабатичиости пристеночной области на излучеш энергии ПАВ в газ и возбуждение акустических течений. Показала суше

венная роль теплового слоя в диапазоне чисел Кнудсена (для длины волны жатия в газе) от 0.01 и выше и возможность объяснения эксперименталь-юй зависимости затухания ПАВ от массы газовых молекул и частоты волн і области частот 10' * 10⁹ Гц. Исследовано влияние ограниченности объела газа на процессы затухания ПАВ и возбуждения акуспгческого течения. Троведено сравнение теории с доступными экспериментальными данными.

В третьей главе исследовано акустическое течение, вызываемое ПАВ 5 свободномолекулярном режиме. Модель учитывает деформацию поверхности твердого тела ПАВ и приводит к результату, отличающемуся по функциональной зависимости от известных теорий. Особенностью эффекта является пропорциональность скорости течения первой степени амплитуды ПАВ и сходство с классическими эффектами скольжения газа на границе с твердым телом.

1.8. Апробация диссертации и публикации. Основные результаты, предстаапенные в диссертационной работе, докладывались на международной конференции, по теме диссертации опубликовано 3 научных статьи и тезисы конференции.