Нелинейная эволюция сферической стоячей волны в акустически возбужденной жидкой капле

При фокусировке интенсивного ультразвукового пучка на границу жидкость–воздух возникает явление, называемое ультразвуковой атомизацией. При повышении интенсивности ультразвука данное явление наблюдается в виде акустического фонтана. Скоростная съемка показывает, что фонтан, вырывающийся с поверхности жидкости после включения ультразвука, приобретает форму цепочки из капель, которые через некоторое время начинают взрываться. В данной работе развита нелинейная теория акустических и тепловых процессов в сферической капле для описания возможных механизмов развития неустойчивости капель. Показано, что в капле, акустически возбужденной на основном резонансе, с течением времени из-за нелинейности среды формируются сферические стоячие волны на высших кратных частотах. Указанный процесс генерации гармоник сопровождается значительным увеличением пикового акустического давления в центре капли. Отмечается, что рост отрицательного давления и дополнительный нагрев вблизи центра капли могут привести к кавитации и последующему взрыву капли. Разработанная теоретическая модель для описания акустического давления внутри сферического объема нелинейной вязкой жидкости основана на волновом уравнении квадратичного приближения. Его решение ищется в виде суммы гармонических составляющих с медленно изменяющимися амплитудами. На основе численного решения рассчитан спектр волны в разные моменты времени и исследованы закономерности эволюции пространственно-временной структуры акустического давления и температуры в капле.