Особенности распространения в атмосфере нелинейных акустических возмущений от импульсных источников

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассматриваются особенности распространения в атмосфере нелинейных импульсных акустических возмущений. Приводятся данные об экспериментальном наблюдении формирования ударного фронта и перехода ударной волны в малоинтенсивную акустическую волну с трансформацией формы импульса и расширением фронта на дистанциях более 1000 км в условиях как сферического, так и цилиндрического распространения. Обсуждается влияние неустойчивости Кельвина–Гельмгольца при быстром сжатии газа на формирование структуры ударного фронта. В условиях атмосферы такая неустойчивость существенно влияет на диссипативные процессы в воздухе и формирует фронт нелинейной волны.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. И. Косяков

ФГБУН Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: ksi1972.02@mail.ru
Россия, Пыжевский пер. 3, Москва, 119017

С. Н. Куличков

ФГБУН Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук; Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, ГСП-1

Email: ksi1972.02@mail.ru
Россия, Пыжевский пер. 3, Москва, 119017; Ленинские горы 1, стр. 2, Москва, 119991

А. А. Мишенин

ФГБУН Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Email: ksi1972.02@mail.ru
Россия, Пыжевский пер. 3, Москва, 119017

Е. В. Голикова

ФГБУН Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Email: ksi1972.02@mail.ru
Россия, Пыжевский пер. 3, Москва, 119017

Список литературы

  1. Наугольных К.А. О переходе ударной волны в акустическую // Акуст. журн. 1972. Т. 18. № 4. С. 579–583.
  2. Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные методы решения задач газовой динамики: Учеб. пособие: для вузов. – 3-е изд., доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. 424 с.
  3. Арутюнян Г.М. Термодинамическая теория гетерогенных систем. М.: Физматлит, 1994. 272 с.
  4. Белицкий А.В., Бондаренко Ю.А., Свидинский А.В., Хорошко А.Н. Точность определения параметров фугасного действия взрыва. // Материалы 42 науч.-техн. конф. «Проектирование систем». М.: Изд-во ФГУП «НТЦ Информтехника», 2015. Т. 1. С. 185–189.
  5. Рыбнов Ю.С., Кудрявцев В.И., Ефремов В.Ф. Экспериментальные исследования влияния приземного слоя атмосферы и подстилающей поверхности на амплитуду слабых воздушных ударных волн от наземных химических взрывов // Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40. № 6. С. 98–100.
  6. Куличков С.Н. О распространении волн Лэмба в атмосфере вдоль земной поверхности // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1987. Т. 23. № 12. С. 1251–1262.
  7. Pierce A.D., Moo Ch.A., Posey J.W. Generation and Propagation of Infrasonic Waves, Air Force Cambridge Research Laboratories, AFCRL-TR-73-0135, AD766472, L.G. Hanscom Field, Bedford, MA, USA, April 1973. 158 p.
  8. Руденко О.В., Маков Ю.Н. Звуковой удар: от физики нелинейных волн до акустической экологии (обзор) // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 1. С. 3−30.
  9. Четверушкин Б.Н. Кинетически-согласованные схемы в газовой динамике: новая модель вязкого газа, алгоритмы, параллельная реализация, приложения. М.: Изд.-во МГУ, 1999. 232 с.
  10. Schwartz L.M. and Hornig D.F. Navier-Stokes calculations of argon shock wave structure // Physics of Fluids. 1963. V. 6. № 12. P. 1669–1675.
  11. Вилков К.В. Комплексная расчетно-теоретическая методика моделирования процессов, сопровождающих импульсное энерговыделение в конденсированных средах: Дис. канд. физ. мат. наук: 01.02.05. Москва, 2004. 132 л.
  12. Хохлова В.А. Взаимодействие слабых ударных волн в диссипативных и случайно-неоднородных средах применительно к задачам медицинской и атмосферной акустики. Дис. доктора физ.-мат. наук: 01.04.06. Москва, 2012. 232 л.
  13. Аверьянов М.В. Экспериментальная и численная модель распространения нелинейных акустических сигналов в турбулентной атмосфере. Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.06. Москва, 2008. 158 л.
  14. Косяков С.И., Куличков С.Н., Мишенин А.А. Новые способы оценки энергии импульсных источников по результатам регистрации акустических волн в атмосфере // Изв. РАН. Сер. физ. 2017. Т. 81. № 8. С. 1034–1040.
  15. Косяков С.И., Куличков С.Н., Чунчузов И.П. Влияние устойчивости пограничного слоя атмосферы на параметры распространяющихся в нем акустических волн // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 4. С. 508–519.
  16. Сорокин А.Г. Инфразвуковое излучение Челябинского метеороида // Изв. РАН. Сер. физ. 2016. Т. 80. № 1. С. 101–105.
  17. Kulichkov S.N., Chunchuzov I.P., Popov O.E. et al. Acoustic-Gravity Lamb Waves from the Eruption of the Hunga-Tonga-Hunga-Hapai Volcano, Its Energy Release and Impact on Aerosol Concentrations and Tsunami // Pure Appl. Geophys. 2022. V. 179. P. 1533−1548.
  18. Чунчузов И.П. Оценка нелинейных эффектов при распространении акустического импульса в приземном слое атмосферы в инверсионных условиях // Изв. АН СССР. ФАО. 1986. Т. 22. № 2. С. 151–159.
  19. Косяков С.И., Куличков С.Н., Мишенин А.А. Структура фронта головного скачка уплотнения // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 2. С. 33−42.
  20. Евтерев Л.С., Косяков С.И. Механизм и математическая модель трансформации сильной ударной волны в воздухе в непрерывное возмущение // Докл. Акад. наук. 2008. Т. 419. № 3. С. 334–337.
  21. Степанянц Ю.А., Фабрикант А.Л. Распространение волн в сдвиговых потоках. М.: Наука, Физматлит, 1996. 240 с.
  22. Kosyakov S.I., Kulichkov S.N., Chkhetiani O.G. and Tsybulskaya N.D. Mathematical simulation of the Kelvin Helmholtz instability using the method of large particles // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 231. P. 012028.
  23. Ланда П.С. Нелинейные колебания и волны. М.: Наука, Физматлит, 1997. 496 с.
  24. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. 392 с.
  25. Косяков С.И., Самоваров А.Н., Васильев Н.Н. Метод Крупных частиц в задаче о распространении ВУВ в безграничной однородной атмосфере // Вопросы оборонной техники. Серия 16. Технические средства противодействия терроризму. 2016. Вып. 11–12 (101–102). С. 96–102.
  26. Косяков С.И., Самоваров А.Н., Васильев Н.Н. Математическая модель распространения сильной взрывной волны в воздухе как процесса с непрерывно изменяющимися параметрами // Вопросы оборонной техники. Серия 16. Технические средства противодействия терроризму. 2017. Вып. 9–10 (111–112). С. 24–30.
  27. Наугольных К.А., Солуян С.И., Хохлов Р.В. Сферические волны конечной амплитуды в вязкой теплопроводящей среде // Акуст. журн. 1963. Т. 9. № 1. С. 54–60.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Форма волны от взрыва 1 кг тротила: (а) — результаты расчетов по уравнениям Эйлера [4]; (б) — экспериментальные данные [5]; 1 — приземная инверсия; 2 — нейтральная стратификация погранслоя атмосферы.

Скачать (120KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Модель акустического импульса вблизи источника [6–7].

Скачать (50KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Определение эффективной ширины фронта [2–3]; 1 — точное решение; 2 — приближенное решение.

Скачать (62KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Опытные значения эффективной ширины фронтовой области интенсивной нелинейной волны в ударных трубах [11].

Скачать (58KB)
Метаданные
6. Рис. 5. (а) — Зарегистрированные и (б) — рассчитанные профили нелинейных акустических импульсов на различных удалениях от искрового источника [12−13].

Скачать (130KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Время нарастания избыточного давления до максимума Δp+ в нелинейных сферических волнах от точечных источников [14–15]: 7 — осредненное сферическое расширение; 8 — осредненное цилиндрическое расширение; 9 — сферическое расширение под влиянием дисперсии звука. Остальные обозначения указаны в тексте.

Скачать (256KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Амплитуды и длительности фаз сжатия и разрежения нелинейных сферических волн от точечных источников, [15]: 7 — осредненное сферическое распространение; 8 — осредненное цилиндрическое распространение. Остальные обозначения указаны в тексте.

Скачать (329KB)
Метаданные
9. Рис. 9. Время нарастания избыточного давления до максимума Δp+ в цилиндрических волнах от протяженных источников [19]: 7 — осредненное цилиндрическое расширение. Остальные обозначения указаны в тексте.

Скачать (186KB)
Метаданные
10. Рис. 10. Адаптация неустойчивости Кельвина–Гельмгольца к условиям интенсивной волны [20]: (—) и (---) — изменение параметров течения во фронте; (~~~) — начальные возмущения течения.

Скачать (190KB)
Метаданные
11. Рис. 11. Картина развития неустойчивости Кельвина–Гельмгольца во фронтовой области волны.

Скачать (419KB)
Метаданные
12. Рис. 12. Физический механизм расширения фронтовой области волны [20]: (—) — изменение параметров течения во фронте; (|) — границы физически малых объемов воздуха.

Скачать (106KB)
Метаданные
13. Рис. 13. Результаты интегрирования (а) — уравнений (5) НЛТП-модели и (б) — уравнений (6) ее локального приближения методом крупных частиц [20]: 1 — осредненное сферическое расширение; 2 — расчеты для взрыва 0.1 кг ТНТ; 3 — расчеты для взрыва 1 кг ТНТ; 4 — расчеты для взрыва 103 кг ТНТ.

Скачать (148KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024