Прозоровский К
Учебные материалы


Прозоровский К



Карта сайта

Загрузка...
Загрузка...
kak-uvelichit-prodazhi.su ^

Анализ структуры ближнего поля излучателя низкочастотного звука на основе метода конечных элементов


Прозоровский К.А., Кошкин А.Г.


Нижегородский государственный университет
Для формирования маломодовых гидроакустических импульсов используют вертикально ориентированную решетку близко расположенных друг от друга низкочастотных взаимодействующих через среду излучателей. Для построения оптимальной конфигурации решетки представляет практический интерес исследование акустического поля в ближней зоне излучателя. В настоящей работе предпринят такого рода анализ с использованием метода конечных элементов [1]. На рис. 1 показана структура упругой конструкции НЧ гидроакустического излучателя цилиндрической формы радиусом 0.8 м и высотой 0.15 м, а также принятая при расчетах система координат.


При расчетах учитывалась симметрия задачи, что позволяло рассматривать поле лишь в первом квадранте плоскости (x,y). Для анализа структуры поля в ближней зоне излучателя использовалась сетка из 105 элементов. Расчеты проводились для дистанций до 0.6 м. Предполагалось, что на границе рассматриваемого интервала имеется абсолютно поглощающая граница.

Рис. 1. Структура упругой конструкции НЧ гидро-акустического излучателя.

Рассматривались гармонические колебания верхней и нижней цилиндрических мембран с частотой 250 Гц. Боковые стенки излучателя считались неподвижными. На. Рис. 2. показана структура давления и положение фазовых фронтов при

а



б



г



в



Рис. 2. Амплитуда давления (а, б, в) и положение фазовых фронтов (г) ближнего поля излучателя.

положительной фазе деформации мембран излучателя. Из представленных распределений видно, что в ближней зоне излучателя поле формируется рядом мультиполей, что, в частности, проявляется как в наличии угловой направленности поля, так и в более быстром спадании поля вблизи излучателя по сравнению с сферическим законом. Как показывают расчеты, вклад дипольных и квадрупольных компонент в суммарное поле становится пренебрежимо малым на дистанциях порядка (0.2 – 0.3) длины звуковой волны.

б



а



в



Рис. 3. Структура градиента давления ближнего поля при положительной фазе колебания мембран излучателя.

На рис. 3 показано распределение градиента ближнего поля. Из показанных данных следует, что вблизи краев излучателя волны распространяются вдоль линии, близкой к окружности, центр которой расположен на краю излучателя. Такие волны не распространяются на большие расстояния от излучателя. Эти компоненты излучаемого поля необходимо учитывать при инженерных оценках присоединенных масс жидкости.
Работа поддержана программой ОФН РАН (гос. контракт №40.020.1.1.1171), РФФИ (НШ-1641.2003.2 и проекты №02-03-17556, №04-02-17193) и программой «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2005 г (код проекта 4618).

  1. Зенкевич О.М. Метод конечных элементов в технике-М., Наука. 1975. 234 с.
^

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИИ НА СКОРОСТЬ ВСАСЫВАНИЯ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫЙ КАПИЛЛЯР


Ю.М.Заславский, П.С.Патунин


Институт прикладной физики. Российская Академия Наук
В настоящем докладе представлены результаты лабораторных измерений влияния вибрации на скорость всасывания вязкой жидкости – эпоксидного клея (с вязкостью ν = (2–3) 10-2м2/с) в открытый капиллярный канал, имеющий вид тонкой канавки (80 мкм в ширину и 150 – 120 мкм в глубину), нанесенной вдоль вытянутой грани полированного стеклянного образца, имеющего размеры (3см Х 1см Х 0.5см). Данный анализ продолжает цикл ранее проведенных исследований, опубликованных в [1, 2]. В эксперименте используется измерительная установка, несколько видоизмененная относительно ранее описанной в [1], отличительной особенностью которой является миниатюрный вибратор горизонтальных колебаний. В качестве такого вибратора используется установленный на поролоновую подложку толщиной 2 см электродинамический сейсмоприемник СГ–10, катушка которого запитывается от генератора стандартных сигналов Г3–118 синусоидальным напряжением с амплитудой порядка нескольких вольт. При этом обеспечивается уровень виброперегрузки соосно колеблющегося образца, который прикрепляется к вибратору с ориентацией оси капилляра в направлении колебаний, ~ 5 м/с2. Измерения скорости движения мениска жидкости, втягивающегося в капилляр, на начальном этапе его движения – на переходе от широкого сечения капилляра к узкому выполнены с отсчетом через 1 с и с отсчетом 10 с на остальной узкой части канала. Интервал частот, используемых при вибрационном воздействии, – 30…90 Гц, которые дискретно перестраиваются через 10 Гц. Изображение текущей по капилляру жидкости осуществляется на экране монитора, которое формируется с использованием микроскопа МБ–10 и видеокамеры Genius. Имеет место увеличение изображения в 10–20 раз по отношению к «предмету» при его проецировании указанными оптическими системами. При последующем формировании изображения на экране дисплея электронная система компьютера производит дополнительное увеличение в несколько раз, что в итоге обеспечивает требуемую надежность и достаточную точность фиксации скорости течения в процессе визуальных наблюдений и измерений. На рис.1 а (кривая 7) представлена зависимость скорости движения мениска в виде функции текущего времени в случае неподвижного образца. Сравнение с ней аналогичных экспериментальных зависимостей, снятых в присутствии вибрации, позволяет определить меру влияния последней на течение на различных временных интервалах. Нулевой отсчет соответствует прохождению мениском условной линии раздела между начальным широким и длинным узким участками капилляра. Кривыми 1, 2, 3, 4, 5, 6 на рис.1 а (соответствие частоты номеру кривой указано на рисунках) представлены графики скорости движения мениска жидкости, втягивающейся в открытый капилляр применительно к случаям воздействия вибрации на перечисленных выше частотах с амплитудой ускорения 5 м/с2. Зависимости на всех частотах (кривые 1–6 на рис.1 а) получены с помощью трехточечной интерполяции по отсчетам данных через 10 с, кроме кривой 7, снятой с интервалом 4 с. Кривые на рис.1 б построены по отсчетам через 1 с для получения более подробных

а

б

Рис.1 Зависимость скорости движения мениска от текущего времени
а – кривая 7 – течение без вибрации,
с вибрацией – кривые 1 – 30 Гц, 2 – 40 Гц, 3 – 50 Гц, 4 – 70 Гц, 5 – 80 Гц, 6 – 90 Гц , интервал 0 – 80 с
б –интервал 0 – 8 с
данных о наборе скорости на начальном этапе втягивания мениска в узкую часть капилляра (интервал первых 10 секунд) для всех частот вибрации, используемых в эксперименте. В частности, из сравнения кривой 7 на рис.1 а с остальными кривыми можно видеть, что увеличение скорости течения за счет действия вибрации происходит в основном на первых 20–30 секундах течения. В дальнейшем имеет место постепенное сближение скоростей движения мениска, происходящего как при наличии, так и при отсутствии вибрации. Теоретический расчет движения столбика жидкости, втекающего в узкую часть канала под действием только капиллярных сил, дан в [2], но в дальнейшем предполагается выполнить такой же анализ и в случае с вибрацией. Работа выполнена при поддержке Грантов (Минпромнауки НШ–1641.2003.2, РФФИ № 02-02-17089).

Л И Т Е Р А Т У Р А


1. Ю.М. Заславский, П.С. Патунин Экспериментальное исследование влияния вибрации на скорость всасывания жидкости в капилляр // Сб. трудов XV Сессии РАО. М. 2004. Физическая акустика. Т.1, с.72-75
2. Ю.М. Заславский Измерение скорости течения жидкости по открытому капиллярному каналу под действием сил поверхностного натяжения // Сб. трудов XIII Сессии РАО. М. 2003. Геоакустика. Т.2, с.178-181


edu 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная