Особенности рэлеевского рассеяния на частице, расположенной вблизи межфазной поверхности

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Выявлены особенности рэлеевского рассеяния на твердой частице, расположенной на малом по сравнению с длиной волны расстоянии от непроницаемой плоской границы. Выбор функции Грина в интегральном представлении уравнения Гельмгольца позволяет свести задачу к интегрированию только по поверхности частицы и исключить вклад межфазной поверхности. При разложении по малому волновому параметру используется известный подход, позволяющий представить решение данного порядка в виде суммы потенциальной функции и компоненты, выраженной через приближения низших порядков. Найдена потенциальная составляющая, которая выражается через пространственные иррегулярные гармоники, центрированные на частице и ее зеркальном изображении. Определена колебательная скорость центра частицы и амплитуда рассеяния. В низшем порядке по волновому числу амплитуда рассеяния выражается через монопольную и дипольную составляющие.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. О. Максимов

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Author for correspondence.
Email: maksimov@poi.dvo.ru
Russian Federation, ул. Балтийская 43, Владивосток, 690041

References

  1. Максимов А.О., Половинка Ю.А. Пульсации газового включения вблизи межфазной поверхности // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 1. С. 30–37. https://doi.org/10.7868/S0320791916060095
  2. Максимов А.О., Половинка Ю.А. Акустические проявления газового включения, расположенного вблизи межфазной поверхности // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 1. С. 22–32. https://doi.org/10.7868/S0320791918010136
  3. Gaunaurd G.C., Huang H. Acoustic scattering by a spherical body near a plane boundary // J. Acoust. Soc. Am. 1994. V. 96. № 4. P. 2526–2536. https://doi.org/10.1121/1.410126
  4. Gaunaurd G.C., Huang H. Sound scattering by a spherical object near a hard flat bottom // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 1996. V. 43. № 4. P. 690–700. https://doi.org/10.1109/58.503731
  5. Шендеров Е.Л. Дифракция звука на упругой импедансной сфере, расположенной вблизи импедансной или упругой границы полупространства // Акуст. журн. 2002. Т. 48. № 5. С. 684–694. https://doi.org/10.1134/1.1507206
  6. Григорьева Н.С., Куприянов М.С., Михайлова Д.А., Островский Д.Б. Рассеяние звуковых волн на сферическом рассеивателе, находящемся вблизи ледовой поверхности // Акуст. журн. 2016. Т. 62. № 1. С. 10–23. https://doi.org/I0.7868/S0320791916010044
  7. Zhang P., Bachman H. Ozcelik A., Huang T.G. Acoustic microfluidics // Annual Review of Analytical Chemistry. 2020. V. 13. P. 17–43. https://doi.org/10.1146/annurev-anchem-090919-102205
  8. Friend J., Yeo L.Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics // Rev. Modern. Phys. 2011. V. 83. No 2. P. 647–687. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.83.647
  9. Birkin P.R., Offin D.G., Leighton T.G. An activated fluid stream – New techniques for cold water cleaning // Ultrason. Sonochem. 2016. V. 29. P. 612–618. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.10.001
  10. Godin O.A. Rayleigh scattering of spherical sound wave // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 133. № 2. P. 709–720. https://doi.org/10.1121/1.47742777
  11. Гусев В.А., Руденко О.В. Поля радиационных сил и акустические течения в жидком слое на твердом полупространстве // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 2. С. 166–181.
  12. Maksimov A. Radiation force on a bubble located near an interface // J. Acoust. Soc. Am. 2022. V. 151. № 3. P. 1464–1475. https://doi.org/10.1121/10.0009673
  13. Викуловa Т.С., Диденкулов И.Н., Кулинич В.В., Прончатов-Рубцов Н.В., Сахаров Д.В. Пузырьки в проточном акустическом резонаторе // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 7–12. https://doi.org/10.31857/S032079192270006X
  14. Simon B.E., Hamilton M.F. Analytical solution for acoustic radiation force on a sphere near a planar boundary // J. Acoust. Soc. Am. 2023. V. 153. № 1. P. 627–642. https://doi.org/10.1121/10.0016885
  15. Dassios G., Kleinman R. Half space scattering problems at low frequencies // J. Appl. Math. 1999. V. 62. № 1. P. 61–79. https://doi.org/10.1093/imamat/62.1.61
  16. Doinikov A.A., Bouakaz A. Interaction of an ultrasound-activated contrast microbubble with a wall at arbitrary separation distances // Phys. Med. Biol. 2015. V. 60. № 20. P. 7909–7925. https://doi.org/10.1088/0031-9155/60/20/7909
  17. Gruzan O.R. Translation addition theorems for spherical vector wave functions // Quart. Appl. Math. 1962. V. 20. № 1. P. 33–40. https://doi.org/10.1090/qam/132851
  18. Maksimov A. Near field of the half-space Green’s function // J. Theoretical and Computational Acoustics. 2022. V. 30. № 4. Article Number 2150019. https://doi.org/10.1142/S2591728521500195
  19. Диденкулов И.Н., Сагачева А.А. Распространение звука в суспензии частиц с вращательной степенью свободы // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 1. С. 16–19. https://doi.org/10.31857/S0320791919060029
  20. Крысанов Д.В., Кюркчан А.Г., Маненков С.А. Два подхода к решению задачи дифракции на сфере Януса // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 2. С. 126–137. https://doi.org/10.31857/S0320791921020027
  21. Hawkins S.C., Rother T., Wauer J. A numerical study of acoustic scattering by Janus spheres // J. Acoust. Soc. Am. 2020. V. 147. № 6. P. 4097–4105. https://doi.org/10.1121/10.0001472
  22. Majić M. Relationships between spherical and bi-spherical harmonics, and an electrostatic T-matrix for dimers // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2021. V. 276. Article Number 107945. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2021.107945
  23. Кюркчан А.Г., Маненков С.А. Рассеяние волн телом, расположенном в однородном полупространстве // Докл. Акад. наук. 1997. Т. 357. № 1. C. 40–43.
  24. Кюркчан А.Г., Маненков С.А. Дифракция поля точечного источника на компактном препятствии в непрерывно-слоистом волноводе // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 5. С. 526–533.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Illustration of the geometry of the problem: the incident wave propagates in the direction of the wave vector and is scattered by a particle of radius located at a distance h from the boundary of the impenetrable medium. An imaginary particle is used to describe the interaction with the boundary. Spherical coordinate systems centered on the particle and its mirror image are used to construct a potential solution to the boundary value problem.

Download (19KB)
Indexing metadata
3. Formula 26

Download (58KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences