1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Акустический журнал
  4. T. 69, № 3, 2023

Акустический журнал, 2023, T. 69, № 3, стр. 330-339

Акустика периодических и множественных ударов капель о водную поверхность

Ю. Д. Чашечкин a, *, В. Е. Прохоров a, **

a Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук
119526 Москва, пр-т Вернадского 101, корп. 1, Россия

* E-mail: chakin@ipmnet.ru
** E-mail: prohorov@ipmnet.ru

Поступила в редакцию 25.11.2021
После доработки 25.11.2021
Принята к публикации 22.09.2022

Аннотация

Высокоскоростная видеосъемка поверхностных течений и синхронизованные акустические измерения подводных звуковых сигналов падающих капель выполнены в лабораторном бассейне. При последовательном падении в картине течения сохраняются в искаженной форме основные структурные элементы, характерные для столкновения с поверхностью одиночной капли: каверна, брызги, венец, всплеск, а в фонограмме устойчиво повторяются ударные импульсы, сопровождающие каждый контакт. Дополнительно наблюдаются редкие резонансные пакеты. При множественном падении капель картина течения резко меняется, основные структурные элементы течения импакта капли исчезают, поверхность покрывается плавающими пузырями. Фонограмма приобретает вид шумового сигнала, в спектре которого выделяются отдельные линейчатые участки.

Ключевые слова: капли, периодическое и множественное соударение, картина течения, акустика, спектры, масштабы, частоты

Список литературы

  1. Worthington A.M. A Study of Splashes. Oxford, UK: Green, and Company, 1908. 129 p.

  2. Mallock H.R.A. Sounds produced by drops falling on water // Proc. R. Soc. Lond. A. 1918. V. 95. P. 138–143.

  3. Jones A.T. The sound of splashes // Science. 1920. V. 52. P. 295–296.

  4. Чашечкин Ю.Д. Пакеты капиллярных и акустических волн импакта капли // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2021. № 1(94). С. 73–92.

  5. Franz G.J. Splashes as sources of sound in liquids // J. Acoust. Soc. Am. 1959. V. 31. P. 1080.

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

  7. Prosperetti A., Oguz H.N. The impact of drops on liquid surfaces and the underwater noise of rain // Ann. Rev. Fluid Mech. 1993. V. 25. P. 577–602.

  8. Gillot G., Derec C., Génevaux J.-M., Simon L., Benyahia L. A new insight on a mechanism of airborne and underwater sound of a drop impacting a liquid surface // Phys. Fluids. 2020. V. 32. 062004. P. 1–10. https://doi.org/10.1063/5.0010464

  9. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Эволюция формы последовательных каверн импакта свободно падающей капли // Докл. Росс. Акад. наук. Физика, технические науки. 2021. Т. 501. С. 25–33.

  10. Howe M.S., Hagen N.A. On the impact noise of a drop falling on water // J. Sound Vib. 2011. V. 330. № 4. P. 625–635.

  11. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Эволюция структуры акустических сигналов, вызванных ударом падающей капли о жидкость // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 4. С. 377–390.

  12. Beacham S.T., Tilger C.F., Oehlschlaeger M.A. Sound generation by water drop impact on surfaces // Experimental Thermal and Fluid Science. 2020. V. 117. 110138. P. 1–8.

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

  14. Phillips S., Agarwal A., Jordan P. The sound produced by a dripping tap is driven by resonant oscillations of an entrapped air bubble // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. Art. № 9515. P. 1–12. https://doi.org/10.1038/s41598-018-27913-0

  15. Prokhorov V.E. Acoustics of oscillating bubbles when a drop hits the water surface // Phys. Fluids. 2021. V. 33. P. 083314. P.1–9.

  16. Deka H., Ray B., Biswas G., Dalal A., Tsai P.-H., Wang A.-B. The regime of large bubble entrapment during a single drop impact on a liquid pool // Phys. Fluids. 2017. V. 29. 09210.

  17. 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.

  18. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Распад капли на отдельные волокна на границе области контакта с принимающей жидкостью // Докл. Росс. Акад. наук. Физика, технические науки. 2021. Т. 497. С. 31–35.

  19. Gillot G., Simon L., Génevaux J.-M., Benyahia L. Acoustic signatures and bubble entrainment mechanisms of a drop impacting a water surface with surfactant // Phys. Fluids. 2021. V. 33. 077114.

  20. Chashechkin Yu.D., Ilynykh A.Yu. Total coalescence, rebound and fast partial bounce: three kinds of interaction of free fallen drop with a target fluid // FDMP. 2020. V. 16. № 4. P. 801–811.

  21. Rayleigh L. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity // Philosophical Magazine. 1882. V. 14. № 87. P. 184–186.

  22. Кистович А.В., Чашечкин Ю.Д. Поверхностные колебания свободно падающей капли идеальной жидкости // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54. № 2. С. 206–212

  23. van Hinsberg N.P., Charbonneau-Grandmaison M. Single-drop impingement onto a wavy liquid film and description of the asymmetrical cavity dynamics // Phys. Rev. E. 2015. V. 92. P. 013004. P. 1–12.

  24. Pumphrey H.C., Crum L.A., Bjorno L. Underwater sound produced by individual drop impacts and rainfall // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. P. 1518–1526.

  25. Wang A., Kuan C., Tsai P. Do we understand the bubble formation by a single drop impacting upon liquid surface? // Phys. Fluids. 2013. V. 25. 101702.

  26. Knudsen V.O., Alford R.S., Emling J.W. Underwater ambient noise // J. Marine Res. 1948. V. 7. P. 410–429.

  27. Bjorno L. Underwater rain noise: sources, spectra and interpretations // J. De Physique IV. Colloque C5. Supplement de J. De Physique 3. 1994. V. 4. P. C5-1023–C5-1030.

  28. Nystuen J.A., Moore S.E., Stabeno P.J. A sound budget for the southeastern Bering Sea: Measuring wind, rainfall, shipping, and other sources of underwater sound // J. Acoust. Soc. Am. 2010. V. 128. № 1. P. 58–65.

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

  30. Ashokan M., Latha G., Ramesh R. Analysis of shallow water ambient noise due to rain and derivation of rain parameters // Applied Acoustics. 2015. V. 88. P. 114–122.

  31. Liu S., Li Q., Shang D., Tang R., Zhang Q. Measurement of underwater acoustic energy radiated by single raindrops // Sensors. 2021. V. 21. 2687. P. 1–16.

  32. Pumphrey H.C., Crum L.A., Bjorno L. Underwater sound produced by individual drop impacts and rainfall // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. № 4. P. 1518–1526.

  33. Kathiravelu G., Lucke T., Nichols P. Rain Drop Measurement Techniques: A Review // Water. 2016. V. 8. P. 29.

  34. Fehlmann M., Rohrer M., von Lerber A., Stoffel M. Automated precipitation monitoring with the Thies disdrometer: Biases and ways for improvement // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13. P. 4683–4698.

  35. Осадкомер Третьякова. https://meteo59.ru/book/ pribory-i-nablyudeniya/osadkomer.php

  36. Ma B.B., Nystuen J.A., Lien R.-C. Prediction of underwater sound levels from rain and wind // J. Acoust. Soc. Am. 2005. V. 117. P. 3555.

  37. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. Гидродинамика и теория упругости. М.: ОГИЗ. ГИТТЛ, 1944. 624 с.

  38. Chashechkin Y.D. Foundations of engineering mathematics applied for fluid flows // Axioms. 2021. V. 10. P. 286.

  39. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с.

  40. Feistel R., Harvey A.H., Pawlowicz R. International Association for the Properties of Water and Steam. Advisory Note No. 6: Relationship between various IAPWS documents and the International Thermodynamic Equation of Seawater-2010 (TEOS-10). 2016. P. 1–5.

  41. Кистович А.В., Чашечкин Ю.Д. Динамика гравитационно-капиллярных волн на поверхности неоднородно нагретой жидкости // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43. № 1. С. 109–116.

  42. Agbaglah G., Thoraval M., Thoroddsen S., Zhang L, Fezzaa K., Deegan R. Drop impact into a deep pool: vortex shedding and jet formation // J. Fluid Mech. 2015. V. 764. R1. P. 1–12. https://doi.org/10.1017/jfm.2014.723

  43. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Множественные выбросы брызг при ударе капли // Докл. Рос. Акад. наук. 2020. Т. 494. С. 42–46.

  44. Гидрофизический комплекс для моделирования гидродинамических процессов в окружающей среде и их воздействия на подводные технические объекты, а также распространения примесей в океане и атмосфере (ГФК ИПМех РАН). https://ipmnet.ru/uniqequip/gfk/

  45. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Гидродинамика удара капли: короткие волны на поверхности венца // Докл. Акад. наук. 2013. Т. 451. № 1. С. 41–45.

  46. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Структура первичного звукового сигнала при столкновении свободно падающей капли с поверхностью воды // Журн. эксп. теор. физ. 2016. Т. 149. № 4. С. 864–875.

  47. Прохоров В.Е. Ударное акустическое излучение при столкновении капли изменяющейся формы с поверхностью воды // Письма в Журн. эксп. теор. физ. 2020. Т. 112. № 9. С. 591–597.

  48. Ma B., Nystuen J.A. Passive acoustic detection and measurement of rainfall at sea // J. atmospheric and oceanic technology. 2005. V. 22. P. 1225–1248.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Акустический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал