СОУДАРЕНИЕ КАПЛИ СО СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ: АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В ТОЛЩЕ ЖИДКОСТИ

В. Е. Прохоров

doi:10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(3).10

В. Е. Прохоров Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(3).10

Ключевые слова: капля, водная поверхность, столкновение, сверхзвуковое расширение, ударный импульс, резонансное излучение, гидрофон, скоростная видеосъемка

Аннотация

Экспериментальное исследование излучения звука каплями, падающими в невозмущенную жидкость, выполнено с помощью широкополосных гидрофонов и высокоскоростной видеокамеры. Столкновение капли с водной поверхностью сопровождается вовлечением воздуха и формированием подводных газовых полостей, что приводит к появлению поверхностных сил и порождаемых ими быстрых течений, генерирующих в моменты отрыва полостей экстремальные ускорения порядка 103 м/с2, что оказывается достаточным для резонансного акустического возбуждения полостей и излучения звуковых пакетов. Последовательность излучаемых сигналов содержит ударный импульс, а также один или несколько звуковых пакетов, генерируемых резонансными пузырями, отрывающимися от подводных каверн. Число резонирующих пузырей меняется от опыта к опыту в зависимости от сценария соударения и дальнейшего поведения, включающего, в том числе, процесс дробления первичных полостей. Размеры пузырей, измеренные по видеокадрам, соответствуют расчетным значениям в соответствии с резонансной частотой Миннаэрта.

Литература

Бардышев В.И. Распределения спектральной плотности подводного шума в шельфовой зоне Тихого океана // Акустический журнал. 2010. Т. 56. № 3. С. 348–351.

Прохоров В.Е. Влияние молекулярных эффектов на излучение звука при низкоскоростном столкновении капли с поверхностью воды // ЖЭТФ. 2018. Т. 153. № 4. С. 584–589.

Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Генерация звука при падении капли на поверхность воды // Акустический журнал. 2011а. Т. 57. № 6. С. 792–803.

Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Два режима излучения звука при ударе свободно падающей капли о поверхность воды // ДАН. 2011б. Т. 437. № 1. С. 46–49.

Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Акустика и гидродинамика удара капли о водную поверхность // Акустический журнал. 2017. Т. 63. № 1. С. 38–49.

Bjorno L. Underwater rain noise: sources, spectra and interpretations // J. De Physique IV. 1994. Colloque C5. Supplement de J. De Physique 3. P. 1023–1030.

Franz G.J. Splashes as sources of sound in liquids // J. Acoustic. Soc. Am. 1959. Vol. 31. P. 1080– 1096.

Guo Y.P., Williams J.E. A theoretical study on drop impact sound and rain noise // J. Fluid Mech. 1991. Vol. 227. P. 345–355.

Howe M.S., Hagen N.A. On the impact noise of a drop falling on water // Journal of sound and vibration. 2011. Vol. 330. P. 625–635.

Mani T.K., Pillai P.R.S. Drop parameter estimation from underwater noise produced by raindrop impact // Acoustics Research Letters Online. 2004. DOI: 10.1121/1.1759731.

Minnaert M. On musical air bubbles and the sounds of running water // Philos. Mag. 1933. Vol. 16. P. 235–248.

Nystuen J.A. Listening to raindrops from underwater: an acoustic disdrometer // J. Acoust. Soc. Am. 2001. Vol. 18. P. 1640–1657.

Nystuen J.A. Rainfall measurements using underwater ambient noise // J. Acoust. Soc. Am. 1986. Vol. 79. P. 972–982.

Prosperetti A., Crum L.A., Pumphrey H.C. The underwater noise of rain // J. Geophys. Res. 1989. Vol. 94 (C3). P. 3255–3259.

Pumphrey H.C., Crum L.A., Bjorno L. Underwater sound produced by individual drop impacts and rainfall // J. Acoust. Soc. Amer. 1989. Vol. 85. No. 4. P. 518–526