Акустический стриминг - Acoustic streaming
Акустическое течение - это устойчивое течение в жидкости, вызванное поглощением акустических колебаний большой амплитуды . Это явление можно наблюдать около излучателей звука или в стоячих волнах внутри трубки Кундта . Акустический поток был впервые объяснен лордом Рэлеем в 1884 году. Это менее известная противоположность генерации звука потоком.
Есть две ситуации, когда звук поглощается в среде своего распространения:
- во время размножения. Коэффициент затухания соответствует закону Стокса (затухание звука) . Этот эффект более интенсивен на повышенных частотах и намного сильнее в воздухе (где затухание происходит на характерном расстоянии ~ 10 см на частоте 1 МГц), чем в воде ( ~ 100 м на частоте 1 МГц). В воздухе он известен как кварцевый ветер .
- возле границы. Либо когда звук достигает границы, либо когда граница колеблется в неподвижной среде. Стена, колеблющаяся параллельно самой себе, генерирует поперечную волну ослабленной амплитуды в пределах стоксово колеблющегося пограничного слоя . Этот эффект локализован на длине затухания характерного размера , порядок величины которого составляет несколько микрометров как в воздухе, так и в воде на частоте 1 МГц. Поток, возникающий в результате взаимодействия звуковых волн и микропузырьков, эластичных полимеров и даже биологических клеток, является примером акустического потока, управляемого границами.
Происхождение: физическая сила из-за поглощения звука в жидкости.
Акустическая трансляция - это нелинейный эффект. Мы можем разложить поле скорости на вибрационную и стационарную части . Вибрационная часть обусловлена звуком, а устойчивая часть - скоростью акустического потока (средняя скорость). Из уравнений Навье – Стокса для скорости акустического потока следует:
Устойчивое течение происходит от постоянной силы тела, которая появляется справа. Эта сила является функцией так называемого напряжения Рейнольдса в турбулентности . Напряжение Рейнольдса зависит от амплитуды звуковых колебаний, а сила тела отражает уменьшение этой звуковой амплитуды.
Мы видим, что это напряжение нелинейно ( квадратично ) по амплитуде скорости. Он отличен от нуля только при изменении амплитуды скорости. Если скорость жидкости колеблется из-за звука as , квадратичная нелинейность создает устойчивую силу, пропорциональную .
Порядок величины скоростей акустических течений
Даже если вязкость отвечает за акустическое течение, значение вязкости исчезает из результирующих скоростей потока в случае приграничного акустического пропаривания.
Порядок величины скорости потока:
- вблизи границы (вне пограничного слоя):
со скоростью звуковых колебаний и вдоль границы стенки. Поток направлен в сторону уменьшения звуковых колебаний (узлов колебаний).
- вблизи вибрирующего пузырька с радиусом покоя a, радиус которого пульсирует с относительной амплитудой (или ), а центр масс также периодически перемещается с относительной амплитудой (или ). со сдвигом фаз
- вдали от стен вдали от источника потока (с акустической мощностью, динамической вязкостью и скоростью звука). Ближе к источнику потока скорость масштабируется как корень .
- было показано, что даже биологические виды, например, прикрепленные клетки, также могут демонстрировать акустический поток при воздействии акустических волн. Клетки, прикрепленные к поверхности, могут генерировать акустический струящийся поток порядка мм / с, не отрываясь от поверхности.