顆粒介質(zhì)中的聲傳播及其應用

內(nèi)容概要

顆粒介質(zhì)中的聲傳播及其應用論述了顆粒介質(zhì)（特別是體積分數(shù)較高的顆粒介質(zhì)）中的聲傳播問題，詳細地分析了流體中的固體顆粒、液體中的氣體顆粒（氣泡）以及固體中的異體顆粒（包括固體和流體散射顆粒）所產(chǎn)生的次級波場，重點探討了顆粒之間的散射場、黏滯波場之間的多體、多次相互作用，進一步討論了粒徑分布以及顆粒的分形結構對聲傳播的影響，嘗試性地研究了非線性散射問題。此外，書中還提議應用聲學反演法來測量粒徑分布和顆粒的體積分數(shù)等參數(shù)。研究結果可以應用于海洋物理和工程、冶煉技術、土壤沙漠地表監(jiān)測和糧食保管等有關領域。
顆粒介質(zhì)中的聲傳播及其應用可供聲學及其相關專業(yè)的研究生、高年級本科生及從事此領域工作的科研和工程技術人員參考。

書籍目錄

緒論參考文獻第1章 散射問題的陳述參考文獻第2章 流體中剛性(硬)顆粒的散射2.1 理想流體介質(zhì)中不動的球形硬顆粒的散射2.1.1 對于小顆粒,kR《12.1.2 對于大顆粒,kR》12.2 黏性流體中運動顆粒的聲散射2.3 黏性流體中運動顆粒所引起的聲衰減2.4 黏滯衰減與散射衰減參考文獻第3章 氣泡介質(zhì)中的聲傳播——單個氣泡的振動與散射3.1 單個氣泡的小振幅振動3.2 氣泡中的能量耗散——熱耗散3.2.1 熱耗散3.2.2 氣泡的全部體積變化3.3 黏滯耗散和輻射“耗散”3.4 理論與實驗比較3.5 單個氣泡的聲散射參考文獻第4章 固體中球形彈性顆粒的散射4.1 波動方程4.2 平面波散射4.3 邊界連續(xù)條件4.4 固體中的空腔散射4.5 流體中彈性散射體的散射第4章 后記參考文獻第5章 多體多次散射理論5.1 等效入射波5.2 多體、多次散射理論5.2.1 兩個散射體的相互作用5.2.2 三個散射體的相互作用5.2.3 N個散射體的相互作用參考文獻第6章 氣泡介質(zhì)中的聲傳播多體、多次散射6.1 氣泡介質(zhì)中(多體、多次)相互作用理論6.2 同尺寸氣泡的相互作用振動方程6.3 不同尺寸氣泡分布的影響6.4 二相介質(zhì)參考文獻第7章 氣泡幕中的聲傳播7.1 氣泡幕的聲反射和聲穿透7.2 氣泡幕的插入損失和反射7.3 產(chǎn)生氣泡幕的方法7.4 理論與實驗比較7.5 聲學反演法測量氣泡幕的有關性能7.6 結論參考文獻第8章 流體中固體散射體的多體多次散射8.1 液體中固體粒子的多體、多次散射相互作用8.2 顆粒大小分布8.3 散射波、黏滯波相互作用8.3.1 單一粒徑散射體問題8.3.2 散射體具有粒徑分布參考文獻第9章 海洋淺層沉積物以及泥砂、礦砂介質(zhì)中的聲傳播9.1 海洋淺層沉積物的顆粒分布9.2 Hamilton對海洋淺層沉積物測量數(shù)據(jù)的處理9.3 按照顆粒介質(zhì)理論對數(shù)據(jù)處理作進一步討論9.4 顆粒介質(zhì)的分形修正(形狀不規(guī)則顆粒)參考文獻第10章 海洋淺層沉積物和砂土中的聲速10.1 顆粒介質(zhì)中的聲速10.2 海洋沉積物中的聲速10.3 砂堆中的聲速10.4 顆粒介質(zhì)與孔隙介質(zhì)參考文獻第11章 液滴粒徑和含水量的分析11.1 水霧中的聲衰減11.2 聲學反演法測量水霧的顆粒分布和含水量參考文獻第12章 顆粒介質(zhì)中的非線性散射初步12.1 硬顆粒的非線性偶極子振動12.2 顆粒介質(zhì)中的非線性散射12.3 顆粒介質(zhì)的黏滯系數(shù)12.4 顆粒的非線性振動參考文獻附錄1 球Bessel函數(shù)和Legendre多項式附錄2 平面波聲強、散射截面和耗散功率附錄3 黏滯波的波動方程附錄4 聲波激勵流體中顆粒的偶極運動附錄5 等效入射黏滯波展開式的證明附錄6 次級波有關量的計算附錄7 形狀不規(guī)則顆粒構成的介質(zhì)中的聲傳播參考文獻附錄8 氣泡散射的計算附錄9 球坐標系統(tǒng)

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   第3章 氣泡介質(zhì)中的聲傳播——單個氣泡的振動與散射 當液體（或其他介質(zhì)）中出現(xiàn)空腔時，若空腔中是真空，則此空腔稱為真空泡：如果空腔充以某種氣體，則充氣空腔稱為氣泡，這種含有氣泡的混合液體是一種二相介質(zhì)。由于某些原因致使液體中出現(xiàn)氣泡的現(xiàn)象稱為空化。按照相平衡理論，溶解于液體中氣體的分量依賴于溫度和壓力（亨利定律）。當溫度增加或壓力降低時，溶解于液體中的氣體析出，并形成氣泡，因此氣泡產(chǎn)生的原因很多。例如，這類介質(zhì)中出現(xiàn)運動物體（如水中高速轉(zhuǎn)動的螺旋槳），根據(jù)伯努利定理，流點的運動速度增大的地方，其所在處的壓力就會降低，當速度增加到某個極限（閾）值時，使得該處的壓力降至某個臨界值，氣（汽）腔就會形成于其（葉片）附近。由于壓力變化而產(chǎn)生空化的另一個例子是液體中出現(xiàn)聲波。因為聲壓是交變的，正半周使液體中壓力升高，但負半周使液體中壓力降低甚至為負。當負半周的聲壓振幅達到某個閾值（聲空化閾）時，液體中就會產(chǎn)生聲空化氣泡，顯然，聲空化是產(chǎn)生液體動力空化的一種方法。另一方面，如果液體中的溫度升高，致使液體直接產(chǎn)生蒸汽，另外，由于溫度升高，相平衡曲線移動，致使處于飽和狀態(tài)下的溶解氣體析出，若這類汽和（或）氣聚集于空腔中，也會形成氣泡。一束高能粒子（如宇宙射線中的高能粒子）或光子束射入液體，將其能量傳遞給液體，從而產(chǎn)生粒子輻射空化。液體中出現(xiàn)化學反應，產(chǎn)生的氣泡稱為化學反應空化。此外，如有機體的生命活動，都可以產(chǎn)生氣泡，本文不詳細研究氣泡的產(chǎn)生過程，而將重點放在產(chǎn)生氣泡之后的介質(zhì)對聲傳播的影響上。 包含氣泡的二相介質(zhì)廣泛地出現(xiàn)在許多領域中。正如上面提到的，由于水中高速運動的螺旋槳會產(chǎn)生所謂的空蝕現(xiàn)象，從而損壞螺旋槳，這就促使當年的英國海軍探索其損壞的原因，氣泡這個課題的系統(tǒng)研究也就正式拉開了序幕。氣泡（特別是處于共振狀態(tài)的氣泡）是一種強散射體，它們出現(xiàn)在海洋表面附近以及艦艇（特別是潛艇）的尾流中，因而對水下聲傳播和水下聲探測有明顯的影響。散射的結果是使得原始聲波的傳播方向改變，從而形成所謂的隔離屏障，借以防護水下設施和近海生物免受超強聲波的破壞和殺傷。氣泡也是一種良好的儲能系統(tǒng)，單個氣泡的大振幅振動使氣泡內(nèi)的能量積蓄，當這種儲能達到足夠的量值時，有可能導致氣泡產(chǎn)生聲致發(fā)光現(xiàn)象。此外，在環(huán)保應用（如廢水處理）、超聲醫(yī)學（如超聲外科）、影像增強劑、藥物和基因注入等方面都與氣泡有直接的關系。

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