12.3.2. АКУСТИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ

Акустическое течение — это однонаправленная циркуляция, которая может возникать при воздействии акустического поля на текучую среду. Градиенты скорости, связанные с таким движением среды, могут быть достаточно большими особенно в окрестности границ раздела, попадающих в поле. Сдвиговые напряжения, возникающие при этом, могут вызывать изменения или повреждения в тканях.

Если известны мгновенные значения давления, плотности и скорости в некоторой точке однородной изотропной среды

соответственно, то уравнение движения записывается так:

или

где суммарная сила, действующая на единичный объем вследствие напряжений в среде. Для текучей среды с объемной вязкостью и сдвиговой вязкостью можно показать [72], что

Найборг [105] использовал уравнение (12.30) для получения общего уравнения течений

где скорость в первом порядке приближения, соответственно скорость и давление во втором порядке приближения.

Можно показать [105], что средний во времени вращающий момент, действующий на элемент среды из-за вязких напряжений, связанных с , равен , где момент инерции сферического элемента объема.

Таким образом, элемент среды в нелинейном звуковом поле подвержен действию как перемещающей силы, так и вращающего момента. Вращающий момент максимален в области поля, в которой максимален градиент скорости, например на границе двух различных сред. Джексон и Найборг [70] подтвердили это экспериментально, наблюдая в ультразвуковом поле за движением полистироловых сфер в смеси воды с глицерином.

Акустические течения вызывают значительные напряжения на границах раздела в жидкости из-за возникающих там градиентов скорости (см. разд. 12.3.3). Возникновением течений могут объясняться увеличение теплопередачи, ускорение различных процессов и срыв клеточных оболочек, которые происходят в биологических тканях в результате воздействия ультразвука (более детально см. в разд. 12.4 и 12.5).