题目：气-液两相介质内声传播的研究

平面声波在介质中传播时，由于声吸收和声散射而导致声波衰减，一部分是由于介质的粘滞、热传导和复杂的弛豫过程而引起的，它把有序的声波转变成介质的热能和内能；另一部分则是由于声波在不均匀介质中的声散射把能量散射到其他方向，而使原来传播方向上的声波能量减弱。由于含气泡水具有强的声衰减和声色散等特性，国际上一直在研究利用这些性质对海洋进行实时监控，实现远距离气象预测；气泡作为一个强的散射源，生物医学超声领域已经利用它对某些生物组织进行超声成像；随着利用二次谐波对血流进行超声多普勒成像的兴趣日益盎然，对含气泡水的声学特性研究再度成为国内外令人瞩目的热点；最近，为了探讨火山内的地震声学，国际上已开始了高粘度的两相介质内声传播的研究工作。
本文主要开展了如下几方面的研究内容：
1、基于介质的粘滞性是声波吸收的一个主要原因，讨论了粘滞液体中的声速、衰减系数及等效体弹性系数；并绘制了声速与衰减系数随频率的变化曲线。由图可看出，当介质的粘滞性较小时，频率对声速没有影响，而衰减系数随频率增大而增大。
2、以气泡壁处声压和径向振动速度为边界条件，给出了气-液两相介质内声速与衰减系数的表达式，得到了声速与衰减系数随气泡体积分数或声波频率的变化图。表明：声波频率一定时，声速随着气泡体积分数增大而减小，声波的衰减幅度随气泡体积分数增大而增大；气泡体积分数一定时，频率增大对声速的影响较小，而衰减系数将会随之增大；气泡半径影响声速和声波衰减系数的变化快慢，但其影响并非单调，而是存在一个转折点，使声波衰减最小，并且声速减小最慢；与液体的低粘滞性相比较，气泡散射在声波衰减中占主导。这与文献中的理论及实验研究结果相一致。
3、以气泡壁处的应力和径向振动速度为边界条件，研究了气-液两相介质内的声速和衰减系数，得到了两变量随气泡体积分数或声波频率的变化曲线。表明：声波频率一定时，随着气泡体积分数的增大，声速略有减小，声波的衰减受气泡体积分数的影响很小；气泡体积分数一定时，声波频率对声速影响可以忽略，而衰减系数将会增大；气泡半径对声速及衰减系数的变化几乎没有影响；与气泡含量对声波的衰减相比较，液体的粘滞起主要作用。所得的结论与部分文献中的实验数据相吻合。
4、对不同大小球形域的研究表明：与气-液两相混合的球形域相比较，气泡不是很小时，其半径越大对声速及衰减系数影响越大；当气泡半径远小于球形域的半径时，情况却恰好相反，其值越小对声速及衰减系数的影响越大。
5、两种研究方法得到的结论有所差异，在第一种方法中，气泡体积分数对声传播的影响较大。其原因归结为：假定了气泡半径相对声波的波长较小，采用了球贝塞尔及汉克尔函数的近似形式；忽略了气泡壁处的热传导；未考虑气泡的存在引起液体其他声学参量的改变；忽略了气泡壁振动导致的气泡内气体密度的变化。