已有對淺海低頻水聲場的討論多是關(guān)注聲能量在水體中的分布特性,對水體下沉積層、基底中低頻聲傳播的同步研究相對較少。本文基于波動方程,在柱坐標(biāo)系下推導(dǎo)了一種淺海水體/海底統(tǒng)一波導(dǎo)下低頻聲能流的計算模型,在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體仿真算例與波動理論闡述了不同沉積層聲學(xué)參數(shù)對聲場能量分布的影響規(guī)律及機理。仿真結(jié)果表明,在沉積層縱波聲速>水中聲速>沉積層橫波聲速的前提下,沉積層中密度與縱波聲速數(shù)值越大,聲能量越趨于保留在水體中而不向海底泄漏,橫波聲速的影響正好相反;沉積層厚度增加到一定量后,基底對流體層中聲傳播的影響可近似忽略不計。 

【文章來源】：聲學(xué)學(xué)報. 2020,45(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

圖１淺海水體海廉振一讓導(dǎo)德蟹??圖１中：Ｐ！，分別代表模型中海水層聲速和密??度；如６ｓｉ?（ｉ?＝?ｌ，２）分別代表模型海底沉積層與??硬基？海的密度、．速和波速；：為??

聲傳播的影響規(guī)律，以期為低頻聲信號的應(yīng)用提供??理論基矗??考慮如圖１所示柱坐標(biāo)系下，各ｒ－：ｓ的構(gòu)成２１３??平面間無相互作用，因此本文以下１１：作中將主要針??對某一?Ｆ角度下ｒ－＠平面上的聲能流傳播特性展開??討論，下文仿真結(jié)果均以圖３（ｂ）的形式進(jìn)行展現(xiàn)。??３．１沉積層幾何參數(shù)對低頻聲傳播的影響分析??在上節(jié)討論沉積層聲學(xué)參數(shù)對淺海水體／海底??翁一波導(dǎo)待播特性影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，本節(jié)首先針??對沉積層幾何參數(shù)一一沉積層厚度對低頻聲波傳播??特性的影響規(guī)律展開研究＞?圖４給出了表２仿真條??件下，不同頻率下聲波能流在水體／海底統(tǒng)一波導(dǎo)??下的分布特性，圖４（ａ）和圖４（ｂ）分別對應(yīng)聲源頻率??１５０?Ｈｚ?和惡０?Ｈｚ；圖?４（ｃ）?—圖?４（ｅ）給出了?１００??１５０?Ｈｚ，?２５０?Ｈｚ三個頻率下，單接收點分別位千水中??＝５０ｍ?）＿．、坑積層中（２?１１０?ｍ）和棊底中?＠?＝?１３：０?ｍ）：??時聲能流的對比圖．圖５給１丨：＿〖了表Ｓ仿真條件下，??改變沉積層厚度后’點聲源輻射１〇〇?Ｈｚ聲波的能流??分布特性，圖５（ａ）和圖５（ｂ）分別對應(yīng)沉積層厚度在??＝?ｍ和丑＝?５：０?ｆｌｉ時聲能流在波導(dǎo)中的分布，??圖—圖§鍵給．出了丑在２：０斑：，３Ｓ．：斑．５?３０：?ｍ．三??個條件下，攀接收點分別位于水中卜＝５０?ｍ）、沉積??層中（ｒｙ?１１０?ｍ）：．和基底中（ｒ＝?１３０．?ｍ，?１４５?ｔｏ，：?１０：Ｑ．ｍ｝??時聲能流的對比圖。??對比圖３＿和圖４中的仿真結(jié)果可以著到在環(huán)境??參數(shù)不變的前提下，隨著聲源輻射聲波頻率的提髙，??波導(dǎo)各介質(zhì)層中聲能流的Ｔ涉現(xiàn)象均明顯增強

０?ｍ；?（ｂ）?＝??１．８ｘｌＯ３?ｋｇ／ｍ３，?ｒ?＝?１＾５０００?ｍ；?（ｃ）?２：?＝?５０?ｍ；?（ｄ）?２：?＝?１１０?ｍ；?（ｅ）?２?＝?１３０?ｍ）??距禺（ｋｍ）?距禺（ｋｍ）??圖５沉積層厚度不同時聲能流傳播圖（（ａ）?▽好＝３５?ｍ，??ｒ?＝?１?？５０００?ｍ；?（ｃ）?２：?＝?５０?ｍ；?（ｄ）?２：?＝?１１０?ｍ；?（ｅ）??ｍｍ?（ｋｍ）??＝１?？５０００?ｍ；?（ｂ）?▽丑＝５０?ｎ??＝?ｉ＾２?＋?ｌ〇?ｍ）??減少，因此形成圖４中的仿真結(jié)果；而斑輻射聲波頻??率不變時，增大沉積層的厚度也會對聲場產(chǎn)生相似??影響，厚度越大聲能景傳播至海底的部分越少《??３．２沉積層聲學(xué)參數(shù)對低頻聲傳播的影響分析??在本文所考慮的理想均勻沉積層中，其聲學(xué)參??數(shù)主要包：括介賡密度觀．、．縱波聲速和橫波聲速??ｅｓｌ，在以下研究沉積層聲學(xué)參數(shù)對水中點聲源輻射??聲波的影響規(guī)律時，也主要圍繞上述３個聲學(xué)參數(shù)??展開。??圖坷ａ）和圖６（ｂ）首先討論了對應(yīng)沉積層密度??押ｉ?＝?ｌ＿．２ｘ．１０３?ｋｇ／ｍ３．和／＝?ＩＪ＾ｄＯ３?ｋｇ／ｍ３?時，１Ｑ０?Ｈｚ：??聲波在表２仿真條件下波導(dǎo)各層介質(zhì)中的聲能流分??布圖；圖６（ｃ）?—圖６（６）分別對應(yīng)ｋｇ／ｍ３，??ｌ．，＿１０３?ｋｇ／姐３；．?１．８Ｘ．１０３?ｋｇ／ｉｔｔ３?時，．離？接收點分別??位：Ｐ水中〇?＝?５０?ｍ）、沉積層中〇?＝?１１０?ｍ）和基底??中（．；ｃ?＝?ｌ：３〇ｍ：）的聲能流対比圖，．其余參數(shù)仍保持??表，８中一致??對比圖３和圖６的仿真結(jié)果可以看到：在流體??層聲學(xué)參數(shù)不變的前提下，隨著沉積

【參考文獻(xiàn)】：
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