含气海洋沉积物的声学特性
发布时间:2021-03-23 06:15
传播损失这一重要声呐参数由海洋环境的声学特性决定。海底沉积物作为海洋环境的重要组成部分,其声速和衰减系数对海洋中的声传播有重要影响。由于微生物活动等因素的影响,原本水饱和海底沉积物内部生成了一定量的气体,显著影响了某些频段下饱和沉积物的声速和衰减系数,改变了声波在海洋中及海底沉积物内部的传播规律。针对含气沉积物的声传播问题,本文基于水饱和沉积物中的声传播理论—Biot理论,考虑到气泡在声波激励下产生振动这一问题,将气泡体积振动引入到渗流连续性方程中,创新建立了考虑气泡振动的三相介质渗流连续性方程。在此基础上,结合多孔介质的运动方程和本构关系,首次得到考虑气泡体积振动的Biot方程。在小振幅波近似下,分别将气泡在水中和粘弹性介质中的线性振动近似解引入气泡体积振动的Biot方程,创新建立了第一类(孔隙气泡)和第三类(沉积物位移气泡)含气海洋沉积物声速频散与衰减理论模型。在本文建立的模型中,气泡对沉积物声速和衰减的影响规律分三个频段。当声场驱动频率低于气泡谐振频率时,气泡随着低频声波的激励振动,此时气泡的存在使海洋沉积物的压缩系数减小,然而微量的气泡几乎不改变海洋沉积物的密度,从而导致含气沉...
【文章来源】:哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】:120 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
典型水/沉积物横截面图解(翻译自Rice和Claypool[13]
[124],如图2.3所示。对于单个气泡在水中振动的物理模型,需要做以下几点假设:气泡保持球形;泡内气体是理想气体;泡内的压强空间分布均匀;忽略泡内包含的水汽;气泡的中心相对流体静止不动。考虑液体的粘滞作用和气液界面的热传导,忽略气泡的形成、破裂与合并等。在这些前提下气泡做径向的受迫振动。对于一个液体中的球形气泡,描述其尺寸随时间变化的物理量指定为气泡半径R ,平衡状态下的气泡半径0R ,ip 和ep 分别表示气泡内部和外部的压力,气体的多方指数gκ ,表面张力 σ
Fig. 3.11 The diagram of incidence, reflection, and refraction of plane wave at awater/sediment interface考虑一个二维问题,如图3.11所示,一平面波以入射角iθ 入射到含气泡的非饱和多孔介质。将入射和反射声波的位移势函数表示为:iiiφe =k r(3-82)rir wwφV e =k r(3-83)其中i x izk = ik +jk ,r x izk = i k jk , sinx iwkcω=θ,cosiz iwkcω=θ。沉积物中两个纵波的标量位移势函数的表示为:1 21 2i is w wφV e V e = +k r k r(3-84)1 21 1 2 2i if w wφ γ V e γV e = +k r k r(3-85)其中sin cosq x qz q q q qk = ik + jk = ik θ +jk θ, q = 1, 2分别代表快纵波和慢纵波。沉积物中的剪切波的矢量位移势函数的表示为:tis h wtψV e =k re (3-86)tif h t wtψ γV e =k re (3-87)其中 sin cost x tz t t t tk = ik + jk = ik θ +jk θ。Stoll[140]指出,对于平面声波在海水和孔隙海底之间平坦界面处的反射问题存在四个边界条件,可以用来确定4个未知量:一个水中的压缩波场和三个含气沉积物中的波
【参考文献】:
期刊论文
[1]平面波与层状多孔介质海底的反射和透射[J]. 周来江,杨士莪. 声学技术. 2010(06)
[2]平面波与线性粘弹海底的反射和折射[J]. 周来江,朴胜春,杨士莪. 声学学报(中文版). 2009(02)
[3]声波在水-多孔介质海底界面上的反射与透射[J]. 彭临慧,赵燕鹏,郁高坤. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2007(04)
[4]BICSQS模型与Biot-Stoll模型海底界面声波反射和散射的比较[J]. 曹正良,张叔英,马在田. 声学学报. 2006(05)
[5]海底掩埋物的目标强度和回声信混比[J]. 万琳,范军,汤渭霖. 声学学报. 2006(02)
[6]浅海混响的垂直相关和海底反射损失与散射强度的反演[J]. 刘建军,李风华,郭良浩. 声学学报. 2004(01)
[7]含流体多孔介质的BISQ模型[J]. 杨顶辉,陈小宏. 石油地球物理勘探. 2001(02)
[8]上海浅气层工程危害机理试验研究[J]. 吕少伟,唐益群,叶为民. 岩土工程学报. 2000(06)
[9]声波在液浸多层多孔介质中的反射和透射[J]. 乔文孝,杜光升,聂士忠. 石油大学学报(自然科学版). 1992(04)
[10]声波在两种多孔介质界面上的反射和透射[J]. 乔文孝,王宁,严炽培. 地球物理学报. 1992(02)
博士论文
[1]基于反向散射强度的海底参数反演方法研究[D]. 于盛齐.哈尔滨工程大学 2014
[2]非饱和多孔介质中波的传播[D]. 李保忠.浙江大学 2007
本文编号:3095305
【文章来源】:哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】:120 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
典型水/沉积物横截面图解(翻译自Rice和Claypool[13]
[124],如图2.3所示。对于单个气泡在水中振动的物理模型,需要做以下几点假设:气泡保持球形;泡内气体是理想气体;泡内的压强空间分布均匀;忽略泡内包含的水汽;气泡的中心相对流体静止不动。考虑液体的粘滞作用和气液界面的热传导,忽略气泡的形成、破裂与合并等。在这些前提下气泡做径向的受迫振动。对于一个液体中的球形气泡,描述其尺寸随时间变化的物理量指定为气泡半径R ,平衡状态下的气泡半径0R ,ip 和ep 分别表示气泡内部和外部的压力,气体的多方指数gκ ,表面张力 σ
Fig. 3.11 The diagram of incidence, reflection, and refraction of plane wave at awater/sediment interface考虑一个二维问题,如图3.11所示,一平面波以入射角iθ 入射到含气泡的非饱和多孔介质。将入射和反射声波的位移势函数表示为:iiiφe =k r(3-82)rir wwφV e =k r(3-83)其中i x izk = ik +jk ,r x izk = i k jk , sinx iwkcω=θ,cosiz iwkcω=θ。沉积物中两个纵波的标量位移势函数的表示为:1 21 2i is w wφV e V e = +k r k r(3-84)1 21 1 2 2i if w wφ γ V e γV e = +k r k r(3-85)其中sin cosq x qz q q q qk = ik + jk = ik θ +jk θ, q = 1, 2分别代表快纵波和慢纵波。沉积物中的剪切波的矢量位移势函数的表示为:tis h wtψV e =k re (3-86)tif h t wtψ γV e =k re (3-87)其中 sin cost x tz t t t tk = ik + jk = ik θ +jk θ。Stoll[140]指出,对于平面声波在海水和孔隙海底之间平坦界面处的反射问题存在四个边界条件,可以用来确定4个未知量:一个水中的压缩波场和三个含气沉积物中的波
【参考文献】:
期刊论文
[1]平面波与层状多孔介质海底的反射和透射[J]. 周来江,杨士莪. 声学技术. 2010(06)
[2]平面波与线性粘弹海底的反射和折射[J]. 周来江,朴胜春,杨士莪. 声学学报(中文版). 2009(02)
[3]声波在水-多孔介质海底界面上的反射与透射[J]. 彭临慧,赵燕鹏,郁高坤. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2007(04)
[4]BICSQS模型与Biot-Stoll模型海底界面声波反射和散射的比较[J]. 曹正良,张叔英,马在田. 声学学报. 2006(05)
[5]海底掩埋物的目标强度和回声信混比[J]. 万琳,范军,汤渭霖. 声学学报. 2006(02)
[6]浅海混响的垂直相关和海底反射损失与散射强度的反演[J]. 刘建军,李风华,郭良浩. 声学学报. 2004(01)
[7]含流体多孔介质的BISQ模型[J]. 杨顶辉,陈小宏. 石油地球物理勘探. 2001(02)
[8]上海浅气层工程危害机理试验研究[J]. 吕少伟,唐益群,叶为民. 岩土工程学报. 2000(06)
[9]声波在液浸多层多孔介质中的反射和透射[J]. 乔文孝,杜光升,聂士忠. 石油大学学报(自然科学版). 1992(04)
[10]声波在两种多孔介质界面上的反射和透射[J]. 乔文孝,王宁,严炽培. 地球物理学报. 1992(02)
博士论文
[1]基于反向散射强度的海底参数反演方法研究[D]. 于盛齐.哈尔滨工程大学 2014
[2]非饱和多孔介质中波的传播[D]. 李保忠.浙江大学 2007
本文编号:3095305
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