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《水聲學(xué)第四章海洋中的聲傳播理論》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第四章海洋中的聲傳播理論第三章知識要點(diǎn)聲速分布分類深海聲道典型聲速分布表面聲道聲速分布反聲道聲速分布常見淺海聲速分布聲波傳播強(qiáng)度衰減的原因幾何擴(kuò)展吸收散射2擴(kuò)展損失的一般形式均勻介質(zhì)的聲吸收類型切變粘滯吸收熱傳導(dǎo)吸收弛豫吸收含氣泡水層的聲吸收機(jī)理熱傳導(dǎo)效應(yīng)粘滯性散射3本章主要內(nèi)容波動方程和定解條件（了解）波動聲學(xué)基礎(chǔ)（重點(diǎn)）硬底均勻淺海聲場（重點(diǎn)）液態(tài)海底均勻淺海聲場（了解）射線聲學(xué)的基本方程（重點(diǎn)、難點(diǎn)）射線理論的應(yīng)用條件（重點(diǎn)、難點(diǎn)）4本章主要內(nèi)容Snell折射定律和聲線彎曲（重點(diǎn)）聲線軌跡（重點(diǎn)）聲線傳播時間（了解）
2、線性分層介質(zhì)中的聲線圖（了解）聚焦因子（了解）波動理論與射線理論的比較（補(bǔ)充、了解）51、波動方程波動方程由連續(xù)性方程、運(yùn)動方程、狀態(tài)方程得到波動方程密度均勻的介質(zhì)中的Helmholtz方程：說明：上述赫姆霍茨方程是變系數(shù)的偏微分方程——泛定方程62、定解條件邊界條件絕對軟邊界——聲壓為零不平整海面：1）第一類齊次邊界條件：——第一類非齊次邊界條件2）邊界面上有壓力分布：7絕對硬邊界——法向質(zhì)點(diǎn)振速為零1）平整硬質(zhì)海底：2）不平整硬質(zhì)海底：——第二類齊次邊界條件3）界面上有質(zhì)點(diǎn)振速分布——第二類非齊次邊界條件8混合邊界條件
3、——壓力和振速線性組合邊界上密度或聲速的有限間斷——壓力和法向質(zhì)點(diǎn)振速連續(xù)關(guān)于連續(xù)的解釋：若壓力不連續(xù)，質(zhì)量加速度趨于無窮的不合理現(xiàn)象；若法向振速不連續(xù)，邊界上出現(xiàn)介質(zhì)“真空”或“聚集”的不合理現(xiàn)象。注意：上述邊界條件只限制波動方程一般解（通解）在邊界上的取值輻射條件描述：無窮遠(yuǎn)處沒有聲源存在時，其聲場應(yīng)具有擴(kuò)散波的性質(zhì)——輻射條件9奇性條件均勻發(fā)散球面波在聲源處存在奇異點(diǎn)，不滿足波動方程；處理方法：引入狄拉克函數(shù)。結(jié)論：非齊次波動方程包含奇性定解條件。初始條件當(dāng)求遠(yuǎn)離初始時刻的穩(wěn)態(tài)解時，可不考慮初始條件103、波動聲學(xué)基
4、礎(chǔ)硬底均勻淺海聲場聲源點(diǎn)源水深：H聲速：邊界自由海面硬質(zhì)平整海底波導(dǎo)模型11簡正波由于聲場的圓柱對稱性，水層中聲場滿足柱坐標(biāo)系下的波動方程：即：應(yīng)用分離變量法，令：12經(jīng)分離變量得到方程①：方程②：方程①的通解——本征函數(shù)：對應(yīng)的——本征值13根據(jù)邊界條件：自由海面：問題：系數(shù)An、Bn、kZN如何確定？硬質(zhì)海底：或√X本征值本征函數(shù)14根據(jù)正交歸一化條件：硬底均勻淺海本征函數(shù)：方程②的解：其中水平波數(shù)：15遠(yuǎn)離點(diǎn)源時，第階簡正波：聲場中的聲壓：16說明：每階簡正波沿深度z方向作駐波分布、沿水平r方向傳播的波；注意：級數(shù)求
5、和的數(shù)目與聲波的頻率和層中參數(shù)有關(guān)不同階簡正波的駐波分布17硬底均勻淺海聲場截止頻率簡正波水平波數(shù)：階數(shù)最大取值:結(jié)論：當(dāng)簡正波階數(shù)時，為虛數(shù)，此時簡正波隨距離增大指數(shù)衰減18硬底均勻淺海聲場截止頻率解釋：結(jié)果：遠(yuǎn)場，聲場可以表示成有限項(xiàng)和：19硬底均勻淺海聲場臨界頻率：最高階非衰減簡正波的傳播頻率注意：當(dāng)聲源激發(fā)頻率時，波導(dǎo)中不存在第N階及以上各階簡正波的傳播截止頻率：簡正波在波導(dǎo)中無衰減傳播的最低臨界頻率注意：當(dāng)聲源頻率時，所有各階簡正波均隨距離按指數(shù)衰減，遠(yuǎn)場聲壓接近零。20硬底均勻淺海聲場相速和群速相速：等相位面的
6、傳播速度等相位面：群速度：波形包絡(luò)的傳播速度說明：淺海水層屬于頻散介質(zhì)。21硬底均勻淺海聲場相速和群速與聲波頻率的關(guān)系22硬底均勻淺海聲場傳播損失（假設(shè)單位距離處聲壓振幅為1）23硬底均勻淺海聲場傳播損失為：24液態(tài)海底均勻淺海聲場波導(dǎo)模型Pekeris模型（分層介質(zhì)模型）25液態(tài)海底均勻淺海聲場液態(tài)海底均勻淺海聲場求解：波動方程分離變量得到的方程邊界條件臨界頻率截止頻率26液態(tài)海底均勻淺海聲場傳播損失27第四章海洋中的聲傳播理論第九講射線聲學(xué)基礎(chǔ)科研案例海洋聲信道模型29聲線軌跡繪制科研案例聲速剖面30射線聲學(xué)的基本方程
7、射線聲學(xué)：把聲波的傳播看作是一束無數(shù)條垂直等相位面的射線的傳播。聲線：與等相位面垂直的射線。傳播距離：聲線途經(jīng)的距離代表波傳播的距離。傳播時間：聲線經(jīng)歷的時間為波傳播的時間。聲能量：聲線束所攜帶的能量為波傳播的聲能量。射線聲學(xué)不代表波動方程的精確解，它是代表在一定條件限制下波動方程的近似解。31射線聲學(xué)的基本方程沿任意方向傳播的平面波波矢量的方向余弦oxyz波矢量位置矢量32射線聲學(xué)的基本方程均勻介質(zhì)平面波：聲線相互平行，互不相交，聲波振幅處處相等。等相位面聲線33等相位面聲線射線聲學(xué)的基本方程均勻介質(zhì)球面波：聲線是由點(diǎn)源
8、沿外徑方向放射的聲線束，互不相交，等相位面（波陣面）為同心球面，聲波振幅隨距離衰減34等相位面聲線射線聲學(xué)的基本方程非均勻球面波：聲線方向因位置變化而變化，聲線束是由點(diǎn)源向外放射的曲線束組成，等相位面（波陣面）不再是同心球面35射線聲學(xué)的基本方程波動方程：假設(shè)其形式解為：36射線聲學(xué)的基本方程程函：問題
