Экспериментальное изучение акустических течений, генерируемых ультразвуковым излучением

Аннотация

Работа посвящена экспериментальному изучению акустических течений, вызванных ультразвуковым (УЗ) излучением, в ограниченном объёме жидкости. Кювета представляет собой параллелепипед, частично заполненный жидкостью (водой), в которую сверху погружается пьезоэлектрический УЗ излучатель. Для передачи колебаний в жидкость используется волновод, толщина которого заметно меньше длины УЗ волны. Изучаются структура и скорость акустических течений, формирующихся в объёме, методами анемометрии по изображениям частиц и фотографии. Наблюдения производятся в вертикальном сечении, содержащем ось излучателя, с применением светового ножа, сформированного при помощи непрерывного зелёного лазера. Освещение вызывает нагрев в плоскости светового ножа и приводит к возникновению свободной конвекции. Последняя изучается: рассматриваются структура, скорость и время её установления при различной мощности освещения. Данные о свойствах тепловой конвекции используются при анализе структуры акустических течений. В целом, в рассматриваемой области интереса тепловая конвекция не оказывает существенного влияния на выводы настоящего исследования, однако определяет минимальную скорость, ограничивающую возможность изучения медленных течений. Наблюдаемые акустические течения можно условно разделить на два типа. Первые локализованы вблизи поверхности волновода и являются установившимися. Они обладают регулярной структурой и невысокой характерной скоростью. Течения второго типа занимают весь объём жидкости и непрерывно трансформируются. По величине скорости они на порядок превосходят течения первого типа. Интересной особенностью нестационарных акустических течений является то, что их источниками могут являться стенки контейнера, а не только поверхность волновода. Это указывает на существенный вклад отражённых УЗ волн в движение жидкости при достаточной интенсивности УЗ излучения. Полученные результаты будут использованы при изучении поведения эмульсий в УЗ поле.