Моделирование полей направленных низкочастотных излучателей в неоднородных областях

• Автор: Семенова, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Математическая модель задачи о направленном излучателе в

неоднородном полупространстве

1.1. Постановка и решение задачи о направленном излучателе в неоднородном полупространстве с произвольным законом изменения фазовой

скорости распространения волны.

1.2. Случай волноводного распространения низкочастотных колебаний.

1.3. Случай антиволноводного распространения низкочастотных колебаний.

1.4. Другие случаи распространения низкочастотных колебаний

Глава 2. Математическая модель задачи о

направленном излучателе в слое

2.1. Постановка и решение задачи о направленном излучателе в однородном слое.
2.2. Трехслойная область, ограниченная однородными полупространствами
2.3. Моделирование неоднородного по вертикали слоя системой однородных слоев.
2.4. Моделирование неоднородного по вертикали слоя системой слоев с линейным законом изменения фазовой скорости распространения колебаний
Глава 3. Результаты численного моделирования поля направленного низкочастотного излучателя в неоднородных
волноводах
3.1. Назначение и функциональные возможности
пакета программ .
3.2. Сравнительный анализ результатов численного моделирования и натурного эксперимента
3.3. Моделирование для полупространства с абсолютно жесткой границей .
3.3.1. Случай волноводного распространения низкочастотных колебаний
3.3.2. Случай аптиволноводного распространения низкочастотных колебаний
3.4. Моделирование для полупространства с абсолютно мягкой границей
3.4.1. Случай волноводного распространения низкочастотных колебаний.
3.4.2. Случай антиволноводного распространения низкочастотных колебаний
Заключение
Приложение 1. Численные методы, использованные при моде
лировании нолей направленных илучателей в неоднородных областях.
Приложение 2. Функциональные возможности разработанного пакета программ
Приложение 3. Пользовательский интерфейс пакета программ
Список литературы


Изменчивость среды в пространстве и времени имеет очень широкие масштабы — от 1 сантиметра до тысяч километров и от долей секунды до многих суток. Описать ее воздействие на создаваемые в ней поля чрезвычайно трудно. Крупномасштабные пространственные изменения чаще рассматривают как постепенное изменение условий распространения волны вдоль трассы []. Временные крупномасштабные, то есть медленные изменения условий приводят к медленным вариациям параметров поля вдали от источника. Мелкомасштабные изменения можно описывать как случайные стационарные процессы и в этих рамках искать их воздействие на волны. Таким образом при исследовании распространения волн в неоднородной среде практически всегда встает вопрос о ее модели, то есть статическом приближении, которое достаточно точно описывает ес усредненное состояние. Исследования показали, что многие из неоднородных сред можно считать непрерывно—слоистыми, то есть допустить, что их свойства непрерывно изменяются в одном направлении (например, вертикальном) и остаются неизменными в других направлениях. В качестве характеристики таких сред удобно использовать показатель преломления n(z) — с(0)/с(г), являющийся отношением фазовой скорости при стандартных условиях с(0) к фазовой скорости в области c(z) на горизонте z. Среди реальных сред, которые могут считаться непрерывно-слоистыми, наибольший интерес с точки зрения изучения полей, создаваемых низкочастотными источниками, вызывают водные среды и атмосфера. Разнообразие моделей водных сред возникло из необходимости учесть различные типы дна, химический состав среды и многие другие факторы. Разработки в области гидроакустики привели к моделям, которые обеспечивают полные трехмерные отображения полей, включающие эффекты изменения рельефа дна из-за подводных гор, континентальных склонов и т. Большое количество работ посвящено распространению волн ri соленой воде. Под соленой понимается вода, соленость3 которой составляет около %. В ходе подобных исследований было установлено, что основными параметрами, характеризующими воду с точки зрения способности к распространению волн, являются температура, ее соленость и статическое давление, то есть веса вышележащих слоев воды, выявлена их зависимость от глубины, а также установлено их влияние на изменение фазовой скорости распространения колебаний в области для различных акваторий [4]. Изменения солености по глубине оказывают незначительное влияние на профиль фазовой скорости распространения волн, хотя ряд исследований позволили получить способ вычисления сс значений в соленой воде по концентрации ионов [,]. Соленость — количество твердых веществ в граммах, растворенное в 1 кг воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, вес карбонаты переведены в окислы, органическое вещество сожжено. Вильсона [8]. Применение разработанных методов к исследованию пресных вод (то есть вод соленость которых не превышает 0. Проведено ряд исследований, уточняющих общую формулу с учетом особенностей конкретных водоемов. Так в работе [] такая формула приведена для озера Байкал. Основной сложностью при определении закона изменения фазовой скорости распространения колебаний в атмосфере является то, что она имеет сложную структуру, а также то, что ее свойства сильно зависят от географического расположения области исследований, времени года, погодных и многих других условий. Исследования в области атмосферной акустики показали, что особенно резко ее сзойства изменяются по вертикали, поэтому но составу, температурному режиму, электрическим характеристикам атмосфера в вертикальном направлении была разделена на слои. Для исследования распространения волн в атмосфере также разработано большое количество моделей. По многочисленным данным, полученным прямыми и косвенными методами, определены характеристики некоторой средней, или стандартной модели атмосферы. Это условная модель, для которой заданы средние для широты °'" значения температуры, давления, плотности, вязкости и других характеристик воздуха на высотах от 2 км ниже уровня моря до внешней границы земной атмосферы.