Стенд для определения влияния неоднородностей, находящихся в воде, на ее акустические свойства и результаты исследований

от

А.Н. Греков, Н.А. Греков, Е.Н. Сычев, В.Ж. Мишуров, В.А. Рязанов, К.А. Кузьмин

Институт природно-технических систем, РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28

E—mail: oceanmhi@ya.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2020-3-114-123

УДК 534.143 

Реферат:

   С целью создания новых приборов для измерения различных акустических характеристик водной среды (скорость звука, коэффициенты рассеяния и поглощения), предложена конструкция лабораторного многофункционального стенда для исследования влияния микронеоднородностей, находящихся в воде, на ее акустические свойства. Следует отметить, что созданный лабораторный комплекс является весьма перспективным для решения таких задач, как исследования структуры микронеоднородностей. В статье дан краткий анализ методов измерения рассеяния ультразвука в жидкости, а также отмечены результаты последних исследований мелкомасштабных неоднородностей в океане и даны ссылки на них. На этапе исследований все измерения проводились на различной концентрации микропузырьков, находящихся и движущихся в жидкости. Разработанная авторами методика позволяет определить, для среднечастотного диапазона, конструктивные особенности первичных акустических преобразователей с двумя отражателями, один из которых является акустически полупрозрачным, и скорректировать размеры высокостабильных стержней из ситала или карбонового композита в зависимости от получения необходимых пространственно-временных характеристик исследуемого поля. Приведены уравнения для определения временных окон, рассчитаны их значения и построены графики, по которым можно определять объемное сечение рассеяния звука, без влияния переотражений на результаты измерений. После проведения исследований на стенде, сформулированы рекомендации по совершенствованию первичного акустического преобразователя, прибора ИСЗ-1, предназначенного для измерения рассеяния и поглощения ультразвука в условиях in situ.

Ключевые слова: многофункциональный акустический стенд, рассеяние ультразвука, акустический преобразователь, временные окна, объемное сечение, алгоритм измерения, акустические методы, микронеоднородности.

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Akulichev V.A., Bulanov V.A. Sound propagation and scattering in the sea in the presence of underwater gas torches // Proc. of the 9th Western Pacific Acoustic Conference WESPAC IX: Better Life through Acoustics. Seoul: Acoustical Society of Korea, 2006.
  2. Leifer I., Judd A.G. Oceanic methane layers: the hydrocarbon seep bubble deposition hypothesis // Terra Nova. 2002. Vol. 14. P. 417–424.
  3. Акуличев В.А. Ультразвуковые волны в жидкостях с паровыми пузырьками // Акустический журнал. 1975. Т. 21, № 3. С. 351–359.
  4. Leifer I., Patro R.K. The bubble mechanism for methane transport from the shallow sea bed to surface: A review and sensitivity study // Continental shelf research. 2002. V. 22. P. 2409–2428.
  5. Lei Han, YeLi Yuan. Bubble size distribution in surface wave breaking entraining process // Science in China Series D: Earth Sciences. 2007. Vol. 50, No. 11. P. 1754–1760.
  6. Czerski H., Deane G.B. The effect of coupling on bubble fragmentation acoustics // J. Acoust. Soc. Am. 2011. Vol. 129, No. 1. P. 74.
  7. Акуличев В.А., Буланов В.А. Влияние микронеоднородностей на акустические характеристики морской среды // Океанологические исследования Дальневосточных морей и северо-западной части Тихого океана: в 2 кн. Кн. 2 / гл. ред. акад. В.А. Акуличев. Владивосток: Дальнаука, 2013. С. 305–327.
  8. Farmer D., Vagle S. Wave Induced Bubble Clouds in the Upper Ocean // Journ. Geophys. Res. 2010. Vol. 115. P. C12054. DOI:10.1029/2009JC005990
  9. Orlowsky A. Hydroacoustic Characteristics of Scattering Layers in the Northeastern Atlantic Ocean // J. Acoust. Soc Am. 1990. Vol. 88 (1). P. 298–309.
  10. Thorpe S.A. On the clouds of bubbles formed by breaking wind wave in deep
    water and the ir role in air-sea gas transfer // Phil. Trans. Royal Soc. 1981. Vol. 304, No A1483. P. 155–210.
  11. Akulichev V.A., Bulanov V.A. Measurements of bubbles in sea water by nonstationary sound scattering // J. Acoust. Soc. Am. 2011. Vol. 130, No. 5. Pt. 2. P. 3438–3449.
  12. Кузнецов В.П. Нелинейная акустика в океанологии. М.: Физматлит, 2010. 264 с.
  13. Sehgal C.M. Non-linear ultrasonics to determine molecular properties of pure liquids // Ultrasonics. 1995. Vol. 33, No. 2. P. 155–161.
  14. Потехин Ю.Г., Чистяков Е.С. Акустический метод экспресс-анализа концентрации свободного газа в жидкостях // Акустический журнал. 1978. Т. XXIV. Вып. 2. С. 243–248.
  15. Потапенко А.Е., Потехин Ю.Г., Чистяков Е.С. Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости. Авт. свид. № 530243. 1976. Бюл. изобрет. № 36.
  16. Потехин Ю.Г., Чистяков Е.С. Устройство для определения концентрации свободного газа в жидкости. Авт. свид. № 575559. 1977. Бюл. изобрет. № 37.
  17. Буланов В.А., Корсков И.В., Попов П.Н. Устройство для изучения структуры морской воды: патент RU 153282 U1. Опубл. 2015.07.10.
  18. Akulichev V.A., Bulanov V.A. The transient acoustic backscattering from different microinhomogeneities in sea water // Proc. of the Second European Conference on Underwater acoustics / Ed. L. Bjorno. Brussels: ECSC-EC-EAEC, 1994. Vol. I. P. 431–436.
  19. Akulichev V.A., Bulanov V.A. Measurements of bubbles in sea water by nonstationary sound scattering // J. Acoust. Soc. Am. 2011. Vol. 130, No 5. Pt. 2. P. 3438–3449.
  20. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
  21. Греков А.Н., Греков Н.А., Сычев Е.Н., Кузьмин К.А. Развитие акустических измерительных приборов для исследования водной среды in situ // Системы контроля окружающей среды. 2019. Вып. 2(36). С. 22–29. DOI: 10.33075/2220-5861-2019-2-22-29
  22. Греков А.Н., Греков Н.А., Сычев Е.Н. Метрологическое обеспечение акустических измерительных приборов среднечастотного диапазона // Системы контроля окружающей среды. 2020. Вып. 2(40). С. 117–126. DOI: 10.33075/2220-5861-2020-2-117-126

 

 

 

Loading