第2章海洋的声学特性.pptVIP

2.3海底（4）三参数模型参数计算：分界掠射角全内反射角掠射角等于反射系数模分析声场的平均结构第61页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.4海面海面波浪特征描述：周期性——周期、波长、波速和波高随机起伏性——概率密度函数、方差、谱和相关函数第62页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.4海面（1）重力波以重力作为恢复力的波动1、波浪基本特征忽略粘滞性的影响，水深h的均匀海洋波速：第63页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.4海面（2）表面张力波以表面张力作为恢复力的波动。小风速，海洋波速为：波长与波速之间的变化关系，重力波与表面张力波不同。第64页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收扩展损失在理想介质中，沿x轴方向传播简谐平面波声压：传播损失为：第29页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收扩展损失在理想介质中，沿r方向传播简谐球面波声压：传播损失为：第30页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收扩展损失一般，可以把扩展损失写成：根据不同的传播条件，n取不同的数值：（1）n=0适用管道中的声传播，平面波传播第31页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收扩展损失（2）n=1适用表面声道和深海声道，柱面波传播，相当于全反射海底和全反射海面组成的理想波导中的传播条件。（3）n=3/2适用计及海底声吸收时的浅海声传播，相当于计入界面声吸收所引起的对柱面波的传播损失的修正。第32页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收扩展损失（4）n=2适用于开阔水域(自由场)，球面波传播。（5）n=3声波通过浅海声速负跃变层后的声传播。（6）n=4适用偶极子声源或计及平整海面虚源干涉的远场声传播，相当于计入声波干涉后，对球面波传播损失的修正。第33页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收吸收系数在介质中，声吸收和声散射引起的声传播损失经常同时存在，很难区分开来。假设平面波传播距离dx后，由于声吸收而引起声强降低dI，则声压振幅的自然对数衰减为无量纲量，称为奈贝（Neper）。第34页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收吸收系数声强可以写成：吸收系数：单位距离的分贝数，dB/m声强之比的以10为底的对数为贝尔（Bel），贝尔值的10倍称为分贝（dB）。第35页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收吸收系数１Neper=8.68dB，声吸收引起的传播损失（吸收系数乘以传播距离）：第36页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收总传播损失（扩展＋吸收）均匀介质的经典声吸收（粘滞性和热传导）：实际吸收系数的测量值远大于经典吸收系数理论值，两者差值称为超吸收。Why?第37页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收2、纯水和海水的超吸收纯水超吸收1947年，Hall提出水的结构驰豫理论，成功解释了水介质的超吸收原因。曲线A—Hall理论计算曲线B—经典声吸收第38页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收海水超吸收海水超吸收原因：海水中含有溶解度较小的MgSO4，它的化学反应的驰豫过程引起超吸收。在声波作用下，MgSO4化学反应的平衡被破坏，达到新的动态平衡，这种化学的驰豫过程，导致声波的吸收。第39页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收海水超吸收Schulkin和Marsh根据2~25kHz频率范围内所作的大量测量结果，归纳的半经验公式：驰豫频率随温度升高而增加。第40页，共91页，星期日，2025年，2月5日2.2海水中的声吸收主要是MgSO4驰豫现象引起的吗？实验结果：海水中含有溶解度很大的NaCI，NaCI的存在使得海水超吸收反而下降。这是由于NaCI对水分子结构变化产生影响所致。在高频，NaCI浓度越大，吸收越小。在5kHz频率以下低频，声吸收又明显增加，比S-M公式所给的结果更大，为什么？这是由于海水还存在包括硼酸在内的其它化学驰豫现象。第41页，共