Динамика и акустические проявления газовых включений в ограниченном объеме

Присутствие газовых пузырьков играет важную роль в генерации, рассеянии и поглощении звука в жидкости. Приложения, связанные с проявлениями газовых включений, разнообразны, включают акустику океана, медицинские и промышленные ультразвуковые технологии. В нефтегазовой отрасли диагностика пузырьков акустическими методами является важным элементом системы раннего обнаружения утечек в подводных хранилищах и трубопроводах. В настоящее время достаточно хорошо изучена динамика пузырьков в свободном пространстве, однако имеется существенный пробел в понимании их поведения и сопутствующих акустических проявлений в условиях, когда вблизи пузырька (на расстояниях, сопоставимых с его размером) находятся ограничивающие поверхности. В качестве ограничивающих поверхностей могут выступать как границы фаз (слой осадков, стенка артерии, поверхность поры), так и присутствие других, близко расположенных пузырьков или взвешенных частиц. Предлагаемый проект представляет собой исследование в области физической акустики, направленное на решение описанной выше проблемы: изучение динамики и акустических проявлений газовых включений в условиях ограниченного объема. Понимание особенностей динамики и акустических проявлений включений, обусловленных присутствием границы, будет достигнуто с помощью новых подходов. В частности, будет использовано наличие внутренней (конформной) симметрии задачи о динамике пузырька вблизи границы под действием низкочастотного внешнего поля, приводящей к существованию специфических координатных систем, в которых переменные разделяются. Возможность получения аналитических результатов существенно помогает в интерпретации достаточно сложных механизмов, реализующихся при нелинейной динамике пузырьков: определение силы радиационного давления, особенности генерации микропотоков. Развиваемый подход делает возможным описание распространения акустических сигналов в достаточно плотных скоплениях включений – за рамками традиционно используемого подхода, основанного на приближении самосогласованного поля. В ходе выполнения проекта предполагается получить ряд прикладных результатов: предсказать условия, повышающие эффективность ультразвуковой очистки; интерпретировать данные натурных экспериментов при отражении от скоплений метановых пузырьков под ледяным покровом; предложить новые области применения пузырьковых экранов.