Modern Problems of Science and Educationrae.ru
Scientific journal

Modern Problems of Science and Education

ISSN 2070-7428VAK ListRSCI IF = 0,936

RESONANT PROCESSES IN PIPELINES

Gluschenko A.G.1,Gluschenko E.P.1,Zhukov S.V.1,Ivanov V.V.2,Ustinova E.S.2
1Povolzhskiy state University of telecommunications and Informatics
2Povolzhskiy state University of service
Трубопроводы по конфигурации являются волноводами акустических волн, физические свойства которых рассматривались многими авторами [1]. Отметим, что подавляющее большинство структур, встречающихся на практике, обладает для волн взаимными в противоположных направлениях свойствами. Вместе с тем, внешние воздействия могут приводить к невзаимности параметров волноводных структур для взаимно противоположных направлений [2,3]. В этом случае меняются особенности интерференционной картины прямых и встречных волн, возникающей из-за наличия отражений от неоднородностей структур [4,5].

Основные соотношения. Рассмотрим особенности прохождения волн в области ступенчатой неоднородности (рис.1). Движение среды в направлении оси структуры  приводит к невзаимности скоростей распространения упругих волн в прямом и обратном направлениях. Cкорости движения среды  в каждом из регулярных участков 1-3, в общем случае, могут быть различны из-за изменения площади сечения трубопровода.

 

Рис.1. Неоднородный участок трубопровода с движущейся средой

Движение среды приводит к изменению коэффициентов отражения и прохождения волн через неоднородные участки и может быть использовано для исследования параметров самих сред, скорости их перемещения. Размеры областей перехода  между регулярными участками волновода обычно ,  - длина волны акустического сигнала, что позволяет пренебречь толщиной области стыковки волноводов.  Рассмотрим прохождение волн через участок волновода длиной . Среда движется с постоянной для каждого участка скоростью  (рис.1). При  среда характеризуется плотностью , скоростью волн по оси  – , в обратном направлении – .  При  среда характеризуется параметрами , . Слой характеризуется плотностью  и скоростями прямой и обратной волн  и . Давление падающей волны, отраженной , прошедшей через границу раздела сред волн, а также волн в области  ,  можно представить в виде:

,,

,                    (1)

,

,

где скорости прямых и обратных упругих волн в отдельных участках волновода определяются соотношениями:

, , , , .

Волновые числа соответственно определятся в виде: 

, , , ,  .

Функции , , , ,  удовлетворяют волновым уравнениям в средах, а также должны удовлетворять граничным условиям на границах раздела сред:

 

,  ,  при ,        (2)

и

,              ,             при .      (3)

Подстановка искомых решений в первое и второе граничные условия дает систему уравнений:

,

,                                                           (4)

 

для определения амплитуд отраженной  и прошедшей  волн.

Коэффициент отражения  в общем виде может быть представлен в виде:

 

где .

Таким образом, получено обобщенное выражение для коэффициента отражения волн от слоя с учетом движения сред. Коэффициент отражения , если

Основные результаты и выводы

Если рассматривается движение одной и той же среды, плотность сред во всех трех областях , тогда  

Коэффициент отражения равен нулю при условии:

В случае идентичности параметров первой и третьей сред (трубопровод со вставкой) коэффициент отражения равен нулю при условии:

Это возможно в двух случаях:

1)  (случай соответствует отсутствию неоднородностей в волноводе),

2) , т.е.

т.е. , где  – скорость движения среды в области 2. В случае отсутствия движения: .

Частоты, на которых наблюдается минимум коэффициента отражения, связаны со скоростью движения среды: . Скорость движения среды в области 2 определяется через частоту, соответствующей минимуму коэффициента отражения, в виде:

.

Таким образом, введение вставки в трубопровод позволяет определить скорость движения среды путем исследования акустических характеристик коэффициента отражения.

Рецензенты:

Блатов И.А., д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой высшей математики, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г.Самара;

Тяжев А.И., д.т.н., профессор, профессор кафедры Радиосвязи, радиовещания и телевидения, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г.Самара.

 


Bibliographic Reference

Gluschenko A.G., Gluschenko E.P., Zhukov S.V., Ivanov V.V., Ustinova E.S. RESONANT PROCESSES IN PIPELINES // Modern Problems of Science and Education. 2014. No. 6.;
URL: https://science-education.ru/en/article/view?id=16736 (accessed: 04/10/2026).