Streaming acoustique - Acoustic streaming

Le flux acoustique est un flux constant dans un fluide entraîné par l'absorption d' oscillations acoustiques de haute amplitude . Ce phénomène peut être observé à proximité d'émetteurs sonores, ou dans les ondes stationnaires à l'intérieur d'un tube de Kundt . Le streaming acoustique a été expliqué pour la première fois par Lord Rayleigh en 1884. C'est l'opposé moins connu de la génération sonore par un flux.

Il existe deux situations où le son est absorbé dans son milieu de propagation:

  • pendant la propagation. Le coefficient d'atténuation suit la loi de Stokes (atténuation du son) . Cet effet est plus intense aux fréquences élevées et est beaucoup plus important dans l'air (où l'atténuation se produit sur une distance caractéristique ~ 10 cm à 1 MHz) que dans l'eau ( ~ 100 m à 1 MHz). Dans l'air, il est connu sous le nom de vent de quartz .
  • près d'une frontière. Soit lorsque le son atteint une limite, soit lorsqu'une frontière vibre dans un milieu immobile. Une paroi vibrant parallèlement à elle-même génère une onde de cisaillement, d'amplitude atténuée à l'intérieur de la couche limite oscillante de Stokes . Cet effet est localisé sur une longueur d'atténuation de taille caractéristique dont l'ordre de grandeur est de quelques micromètres à la fois dans l'air et dans l'eau à 1 MHz. Le flux de flux généré en raison de l'interaction des ondes sonores et des microbulles, des polymères élastiques et même des cellules biologiques sont des exemples de flux acoustique piloté par les limites.

Origine: une force corporelle due à l'absorption acoustique dans le fluide

Le streaming acoustique est un effet non linéaire. Nous pouvons décomposer le champ de vitesse en une partie vibratoire et une partie stable . La partie vibration est due au son, tandis que la partie stable est la vitesse de diffusion acoustique (vitesse moyenne). Les équations de Navier – Stokes impliquent pour la vitesse d'écoulement acoustique:

Le flux constant provient d'une force corporelle constante qui apparaît sur le côté droit. Cette force est fonction de ce que l'on appelle les contraintes de Reynolds en turbulence . La contrainte de Reynolds dépend de l'amplitude des vibrations sonores, et la force corporelle reflète les diminutions de cette amplitude sonore.

On voit que cette contrainte est non linéaire ( quadratique ) dans l'amplitude de la vitesse. Elle ne s'évanouit que là où l'amplitude de la vitesse varie. Si la vitesse du fluide oscille à cause du son comme , la non-linéarité quadratique génère une force constante proportionnelle à .

Ordre de grandeur des vitesses de diffusion acoustique

Même si la viscosité est responsable de l'écoulement acoustique, la valeur de la viscosité disparaît des vitesses d'écoulement résultantes dans le cas de la vapeur acoustique proche des limites.

L'ordre de grandeur des vitesses d'écoulement est:

  • près d'une limite (en dehors de la couche limite):

avec la vitesse de vibration du son et le long de la limite du mur. Le flux est dirigé vers la diminution des vibrations sonores (nœuds de vibration).

  • à proximité d'une bulle vibrante de rayon de repos a, dont le rayon palpite avec une amplitude relative (ou ), et dont le centre de masse se traduit également périodiquement avec une amplitude relative (ou ). avec un déphasage
  • loin des murs loin de l'origine de l'écoulement (avec la puissance acoustique, la viscosité dynamique et la célérité du son). Plus proche de l'origine de l'écoulement, la vitesse s'échelonne à la racine de .
  • il a été montré que même les espèces biologiques, par exemple les cellules adhérentes, peuvent également présenter un flux de flux acoustique lorsqu'elles sont exposées à des ondes acoustiques. Les cellules collées à une surface peuvent générer un flux de flux acoustique de l'ordre du mm / s sans se détacher de la surface.

Les références