Особенности распространения Волн Градиента Давления

Выделим основные отличия Волн Градиента Давления от обычных “звуковых” волн (здесь понятие “звук” объединяет упругие колебания независимо от их частоты).

Для сравнения физических характеристик, два типа волн представлены в таблице.

Обычные “звуковые” волны

Волны Градиента Давления

   “Звуковые” волны возникают в упругой среде всегда, когда существует источник звука, создающий флуктуации плотности. Для создания Волн Градиента Давления необходимы три условия:
•   Среда должна быть сжимаемой (газ);
• Внутри области пространства или объема, заполненного газом, должен существовать градиент давления;
• Должны существовать стартовые флуктуации плотности. Это могут быть турбулентные или звуковые  флуктуации.
    Характеристики “звуковых” волн (частота, амплитуда) определяются источником “звука”. Вся энергия, которую переносят звуковые волны получена только от источника звука.     Волны Градиента Давления  создают внешние силы, которые создают градиент давления в газе.
    “Звуковые” волны распространяются в направлении от источника звука. В случае точечного источника в однородном неограниченном пространстве, поверхность фронта звуковой волны это расширяющаяся сфера (полный телесный угол).  Волна Градиента Давления  распространяется вдоль вектора градиента давления.
     Если источник звука пульсирует или совершает периодические колебательные движения, то давление в точке пространства изменяется периодически, а молекулы газа совершают колебательное движение.  В Волнах Градиента Давления  колебание молекул отсутствует. Давление в точке пространства может  изменяется периодически, если ВГД создается звуком, или не периодически, если ВГД создается турбулентностью.
      В звуковых волнах зоны сжатия и разрежения чередуются и перемещаются вместе в одном направлении, удаляясь от источника звука.   Волны сжатия в Волне Градиента Давления распространяются в сторону увеличения давления, а волны разрежения – в противоположную сторону  (уменьшения давления).
     Процесс распространения “звуковых” волн  в газах изоэнтропийный.  Процесс распространения Волн Градиента Давления  адиабатный (без подвода и отвода теплоты), но не изоэнтропийный. Силовое поле, создающее градиент давления, совершает работу. Оно сжимает и расширяет области флуктуации плотности.
    Энергия “звуковых” волн в газах включает две компоненты: Компоненту потенциальной энергии, которая обусловлена величиной относительной упругой деформации, и компоненту кинетической энергии колебательного движения. Адиабатическое сжатие и разрежение обязательно изменяют температуру газа в зонах волнового возмущения. Но поскольку в “звуковых” волнах эти зоны чередуются, суммарный эффект равен нулю.   В энергии ВГД отсутствует составляющая, обусловленная кинетической энергией колебательного движения молекул.
Энергия ВГД включает  энергию стартового “звукового” возмущения,  и энергию, эквивалентную работе силы, создающей градиент давления, которая поджимает или расширяет волновую область.
В ограниченном пространстве звуковые волны отражаются от стенок. В ограниченном пространстве волны сжатия и разрежения ВГД отражаются от стенок и сразу же гасятся следующим фронтом в результате интерференции. Эффект эквивалентен поглощению ВГД стенками, при этом вся энергия, включая потенциальную часть, передаётся стенке в виде тепла или холода.
Если функция градиента давления имеет экстремум (например, центр вращения), то ВГД поглощается и отдаёт свою энергию в этом месте.
 “Звуковые” волны переносят энергию, выделяемую источником звука. Их поглощение практически не изменяет термодинамические характеристики системы.  Волны Градиента Давления забирают энергию по всему пространству и переносят ее в сторону увеличения давления.
В ограниченном пространстве это выражается в охлаждении зоны низкого давления и в нагревании стенки, расположенной в зоне высокого давления.