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♀强度方程意义封闭面S选沿声线管束的侧面和管束两端的横截面S1和S2,侧面的面积分为零,则:由声源辐射声功率确定水声学第3章海洋中的声传播理论*♀强度方程意义①声能沿声线管束传播,端面大,声能分散,声强值减小;端面小,声能集中,声强值增加,因而声强I与面积S成反比。②管束内的声能不会通过侧面向外扩散。3.3射线声学基础水声学第3章海洋中的声传播理论*♀声强的基本公式设声源单位立体角的辐射声功率为W,则声强为:所张截面积微元如果声源为轴对称,考虑掠射角到立体角内的声线管束:单位距离处水声学第3章海洋中的声传播理论*♀声强的基本公式当声线到达观察点P处,则有:若已知起始掠射角的声线轨迹方程:掠射角到时水平距离增量:水声学第3章海洋中的声传播理论*♀声强的基本公式水声学第3章海洋中的声传播理论*♀声强的基本公式如果不计入常数因子,声压振幅:平面问题的射线声场表示式:3.3射线声学基础水声学第3章海洋中的声传播理论*程函方程导出条件:4、射线声学的适用条件强度方程条件:具有相同数量级3.3射线声学基础水声学第3章海洋中的声传播理论*(1)在声波波长的距离上,声波振幅变化的相对变化量远小于1。射线声学近似条件和局限性(2)在声波波长的距离上,声速相对变化远小于1。——声波声强没有发生太大变化。如在波束边缘、声影区(声线不能到达的区域)和焦散区(声能会聚区域),射线声学不成立。——声速变化缓慢的介质。如在声速跃变层,射线声学不成立。3.3射线声学基础水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础掠射角变化:硬质海底:非绝对硬海底:传播损失大于硬质海底的TL值。海底全反射海底反射(9)非绝对硬海底波导中的传播损失水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础(9)非绝对硬海底波导中的传播损失声源位置变化:声源位于海面附近,TL变大。声源位于海底附近,TL变小。水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础波导模型(Pekeris模型——分层介质模型):2、液态海底均匀浅海声场液态海底没有切变波,其声速通常大于海水声速,但对于高饱和海底沉积层会出现相反情况。水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础(1)简正波同硬质海底情况一样,可以求得液态海底均匀浅海声场的简正波为:水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础(1)简正波若海底为硬质海底水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础(1)简正波在液态下半空间中,振幅沿深度按指数规律衰减,频率越高,振幅衰减越快。高频声波在界面发生全反射时,能量几乎全被反射回水层中,波的能量几乎被限制在层内传播。水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础(2)截止频率简正波临界频率和截止频率:根据临界频率,可以反演海底介质的声速。若海底为硬质海底水声学第3章海洋中的声传播理论*3.2波动声学基础(3)传播损失某阶简正波声压振幅分布:水声学第3章海洋中的声传播理论*射线声学:将声波传播视为一束无数条垂直等相位面的射线传播。声线:与等相位面垂直的射线。①声线途经的距离代表声波传播的距离;②声线经历的时间代表声波传播的时间;③声线束携带的能量代表声波传播的声能量;④射线声学为波动方程的近似解。3.3射线声学基础水声学第3章海洋中的声传播理论*3.3射线声学基础(1)声线方向是声传播方向,且垂直于波阵面;(2)声线携带能量,声场某点上的能量是所有到达该点声线所携带的能量叠加;(3)声线管束中能量守恒,与管外无能量交换。1、射线声学基本假定水声学第3章海洋中的声传播理论*沿任意方向传播的平面波可写为:oxyz波矢量位置矢量矢量方向可用其方向余弦表示:3.3射线声学基础2、波阵面和声线水声学第3章海洋中的声传播理论*均匀介质平面波:特点:声线相互平行,互不相交,声波振幅处处相等。3.3射线声学基础水声学第3章海洋中的声传播理论*均匀介质球面波:特点:声线为由点源沿外径方向放射声线束,互不相交,等相位面为同心球面,声波振幅随距离衰减。3.3射线声学基础水声学第3章海洋中的声传播理论*非均匀介质球面波:特点:声线方向因位置变化而变化,声线束由点源向外
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