В высокорейтинговом журнале The Journal of the Acoustical Society of America (Q1, IF 2.1) вышла статья «Fully nonlinear three-dimensional modeling of parametric interactions in the field of a dual-frequency acoustic array» по результатам наших совместных исследований с РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.
При нелинейном (параметрическом) взаимодействии в среде двух интенсивных высокочастотных волн генерируется множество гармоник (частот), но только волна разностной (наименьшей) частоты (ВРЧ) распространяется на достаточном удалении от излучателя (высокочастотные волны быстро затухают).
Поэтому параметрическая генерация ВРЧ активно используется в различных сферах:
- узконаправленное слышимое излучение в воздухе (бесконтактные аудиогиды в библиотеках и музеях, системы активного шумоподавления);
- узконаправленный сигнал, распространяющийся на большие дистанции в воде (изучение дна и изучение океана на длинных трассах);
- медицинские приложения (ультразвуковая визуализация на разностной частоте, контрастная визуализация упругости материалов) и т.д.
Однако моделирование параметрических процессов требует огромных затрат с точки зрения времени вычислений и требуемой памяти, поэтому существующие алгоритмы решают квазилинейные задачи и/или в 2D (и даже 1D) постановке.
В нашей опубликованной статье разработан новый оптимальный численный алгоритм c частотной фильтрацией, позволяющий решать 3D параметрические задачи в сильно нелинейных режимах, а также исследованы особенности параметрической генерации ВРЧ.
В результате показано, что:
- квазилинейное описание неприемлемо при больших давлениях на излучателе (неверно описывается амплитуда давления и расходимость волн);
- эффективность генерации ВРЧ растет с увеличением исходной мощности волн накачки;
- но это сопровождается дополнительным уширением пучка ВРЧ.
Таким образом, численное 3D нелинейное моделирование служит инструментом для определения оптимальных режимов излучения накачки с целью увеличения выходной мощности ВРЧ при сохранении желаемой направленности.
Подробности — в тексте статьи.
