Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.18101/2306-2363-2025-1-49-55
Ключевые слова: acoustics, sound waves, air bubbles, numerical modeling, COMSOL Multiphysics, dispersion, interference, resonance, акустика, звуковые волны, воздушные пузырьки, численное моделирование, дисперсия, интерференция, резонанс
Аннотация: В данной статье представлено исследование распространения звуковых волн в жидкости, содержащей воздушные пузырьки, с использованием численного моделирования в программном комплексе COMSOL Multiphysics. Основное внимание уделено анализу влияния газовых включений на акустические свойства среды, в том числе дисперсии, поглощения и нелПоказать полностьюинейных эффектов. Моделирование проводилось для водной среды при стандартных условиях (P = 1 атм, T = 293.15 K) в резервуаре размером 0.1 × 0.1 × 0.5 м с жесткими границами. Исследованы два случая: при частоте 8333,3 Гц (длина волны равна двум диаметрам пузырька) и 16 667 Гц (длина волны равна диаметру пузырька). Результаты показали, что при меньшей частоте пузырек слабо влияет на распространение волны, вызывая лишь локальные возмущения, тогда как при увеличении частоты наблюдается усиленное рассеяние, формирование сложной интерференционной картины и локальное усиление акустического давления. Полученные данные подтверждают эффективность COMSOL Multiphysics для моделирования акустических процессов и открывают перспективы для дальнейших исследований, включая анализ нелинейных эффектов в ультразвуковом диапазоне и систем с множественными пузырьками. The article shows an investigation of sound wave propagation in a liquid containing air bubbles using numerical modeling in the COMSOL Multiphysics software environment. The primary focus is on analyzing the impact of gas inclusions on the acoustic properties of the medium, including dispersion, absorption, and nonlinear effects. The modeling was conducted for a water-based medium under standard conditions (P = 1 atm, T = 293.15 K) within a 0.1 × 0.1 × 0.5 m tank with rigid boundaries. Two cases were examined: at a frequency of 8,333.3 Hz (wavelength equal to twice the bubble diameter) and 16,667 Hz (wavelength equal to the bubble diameter). The results showed that at the lower frequency, the bubble has minimal influence on wave propagation, causing only local disturbances, whereas at the higher frequency, enhanced scattering, the formation of complex interference patterns, and local amplification of acoustic pressure were observed. The findings confirm the effectiveness of COMSOL Multiphysics for modeling acoustic phenomena and provide a foundation for further research, including the analysis of nonlinear effects in the ultrasonic range and systems with multiple bubbles.
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Химия. Физика
Выпуск журнала: № 1
Номера страниц: 49-55
ISSN журнала: 23062363
Место издания: Улан-Удэ
Издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Бурятский государственный университет имени Доржи Банзарова