Анотація до роботи:

Борисюк А.О. Акустика течій у каналах з локальними нерегулярностями геометрії. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.06 – акустика. – Інститут гідромеханіки НАН України, Київ, 2006.

Створено математичну модель генерації і проходження звуку у каналах з регулярною та нерегулярною геометрією. У її рамках: 1) досліджено вплив локальної нерегулярності геометрії каналу, механічних властивостей його стінки та витратних характеристик течії на поле пульсацій тиску за нерегулярністю, а також на коливальні й акустичні поля каналів, і одержано відповідні співвідношення та кількісні оцінки для кореляційно-спектральних характеристик зазначених полів; 2) у характеристиках звукових полів та поля пульсацій пристінного тиску виявлено ознаки, що вказують на наявність нерегулярності геометрії в каналі, і встановлено зв’язок цих ознак з параметрами течії, каналу і нерегулярності; 3) встановлено, що спектральні характеристики звукових полів та поля пульсацій пристінного тиску, згенерованих течією в каналі, значно чутливіші за їх просторові характеристики до локальних змін геометрії каналу, механічних властивостей його стінки та витратних характеристик течії. З’ясовано умови, за яких існуючі моделі поля пульсацій тиску на плоскій стінці можна використовувати для опису поля пульсацій тиску, яке виникає на поверхнях циліндричних конструкцій регулярної і нерегулярної геометрії при їх взаємодії з внутрішньою течією. Розроблено теорію генерації звуку обмеженою областю збуреної течії у нескінченному прямому жорсткостінному каналі, яка, на відміну від подібного роду теорій, враховує як наявність диполів на його стінці, так і найбільш імовірний нерівномірний характер розподілу квадрупольних і дипольних джерел звуку у займаних ними областях. Розроблено новий аналітично-чисельний метод розв’язування зв’язаних задач акустичного випромінювання течій у каналах з локальними нерегулярностями геометрії у вигляді звужень. На основі виявлених у дисертації ефектів та одержаних співвідношень розроблено рекомендації щодо їх використання при створенні неінвазивних акустичних методів діагностики локальних нерегулярностей геометрії каналів.

У дисертації одержано такі основні наукові та практичні результати.

1. Створено та обгрунтовано теоретично й експериментально математичну модель генерації і проходження звуку у каналах з регулярною та нерегулярною геометрією. Ця модель дозволяє встановлювати необхідні зв’язки між характеристиками аеро-гідродинамічних, коливальних і акустичних полів каналів, а також проводити кількісні оцінки цих полів для типових значень параметрів течії, каналу, нерегулярності його геометрії тощо.

2. У рамках створеної моделі

досліджено вплив форми і геометричних характеристик локальних нерегулярностей геометрії каналів, механічних властивостей їх стінок та витратних характеристик течії на поле пульсацій тиску за нерегулярністю, а також на коливальні й акустичні поля каналів; крім цього, одержано відповідні співвідношення та кількісні оцінки для кореляційно-спектральних характеристик зазначених полів;

у характеристиках звукових полів та поля пульсацій пристінного тиску виявлено ознаки, що вказують на наявність локальної нерегулярності геометрії в каналі, і встановлено зв’язок цих ознак з параметрами течії, каналу і зазначеної нерегулярності;

встановлено, що спектральні характеристики звукових полів та поля пульсацій пристінного тиску, згенерованих течією в каналі, значно чутливіші за їх просторові характеристики до локальних змін геометрії каналу, механічних властивостей його стінки та витратних характеристик течії;

з’ясовано роль різних складових поля пульсацій пристінного тиску у згенерованих ним коливальних і акустичних полях каналів з регулярною і нерегулярною геометрією.

3. З’ясовано умови, за яких існуючі моделі поля пульсацій тиску на плоскій стінці можна використовувати для опису поля пульсацій тиску, яке виникає на поверхнях циліндричних конструкцій регулярної і нерегулярної геометрії при їх взаємодії з внутрішньою течією. Проведено відповідний порівняльний аналіз цих моделей, на основі якого встановлено їхні відносні недоліки та переваги, а також межі придатності кожної з них до задач про перевипромінювання енергії течії зазначеними конструкціями.

4. Розроблено теорію генерації звуку обмеженою областю збуреної течії у нескінченному прямому жорсткостінному каналі, яка, на відміну від подібного роду теорій, враховує як наявність диполів на його стінці, так і найбільш імовірний нерівномірний характер розподілу квадрупольних і дипольних джерел звуку у займаних ними областях. У рамках цієї теорії одержано вирази й оцінки, які кількісно описують співвідношення між внесками зазначених джерел в акустичне поле для випадків нерівномірного та рівномірного їх розподілу, а також для типових значень параметрів каналу і потоку та характерних масштабів в області збурення.

5. Розроблено новий аналітично-чисельний метод розв’язування зв’язаних задач акустичного випромінювання течій у каналах з локальними нерегулярностями геометрії у вигляді звужень. У ньому для знаходження поля течії використовуються, зокрема, методи функцій Гріна і власних функцій, а для визначення акустичного поля – зазначена вище теорія генерації звуку обмеженою областю збуреної течії в каналі.

6. На основі розробленого методу розв’язано задачу генерації звуку стаціонарною течією у нескінченному прямому жорсткостінному каналі кругового поперечного перерізу з локальним осесиметричним звуженням і вперше одержано аналітичні вирази для розрахунку гідродинамічних та акустичних характеристик течії. Результати розрахунку цих характеристик для типових значень параметрів течії, каналу і звуження добре узгоджуються з відповідними експериментальними даними, одержаними у даній дисертації.

7. На основі виявлених у дисертації ефектів та одержаних зв’язків і співвідношень розроблено рекомендації щодо їх використання при створенні неінвазивних акустичних методів діагностики локальних нерегулярностей геометрії каналів.

Публікації автора:

1. Borisyuk A.O. On the role of the different wall pressure fluctuation field components in the turbulent energy re-emitted by elastic bodies in flow // Доп. АН Укр. – 1994. - №11. - С.56-60.

2. Борисюк А.А. Об излучении звука упругой прямоугольной пластиной, возбуждаемой турбулентным пограничным слоем // Акуст. журн. – 1994. – Т. 40, №6. - С.903-908.

3. Borisyuk A.0. Vibration and noise produced by turbulence excited panel // J. Low Freq. Noise Vibr. – 1995. – Vol. 14, №2. - P.81-86.

4. Борисюк А.О. Генерація шуму потоком у трубах за наявності пошкоджень їх стінок // Доп. НАН Укр. – 1996. - №11. - С.66-70.

5. Borisyuk A.O., Grinchenko V.T. Vibration and noise generation by elastic elements excited by a turbulent flow // J. Sound Vibr. – 1997. – Vol.204, №2. – P.213-237.

6. Borisyuk A.O. Modelling of the acoustic properties of a larger human blood vessel // Акуст. вісн. - 1998. – Т.1, №3. – С.3-13.

7. Borisyuk A.O. Noise field in the human chest due to turbulent flow in a larger blood vessel // Flow, Turbulence and Combustion. – 1999. – Vol.61. – P.269-284.

8. Борисюк А.А. Моделирование генерации шума стенозом в сосуде // Акуст. вісн. – 2000. – Т.3, №2. – С.3-18.

9. Борисюк А.О. Моделювання акустичного поля кровоносної судини за наявності потовщення її стінки // Доп. НАН Укр. - 2001. - №6. – С.47-51.

10. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження пристінного тиску в трубі за стенозом // Акуст. вісн. – 2002. – Т.5, №1. – С.13-21.

11. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження пристінного тиску в трубі за локальним звуженням // Доп. НАН Укр. - 2002. - №5. – С.43-48.

12. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження пульсацій пристінного тиску в трубі за циліндричною вставкою з ексцентриситетом // Акуст. вісн. – 2002. – Т.5, №2. – С.3-12.

13. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження пристінного тиску в трубі за локальним звуженням із ексцентриситетом // Доп. НАН Укр. - 2002. - №11. – С.38-44.

14. Borisyuk A.O. Experimental study of noise produced by steady flow through a simulated vascular stenosis // J. Sound Vibr. – 2002. – Vol.256, №3. - P.475-498.

15. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження пульсацій пристінного тиску в еластичній і жорсткій трубках за локальним осесиметричним звуженням // Доп. НАН Укр. - 2003. - №6. – С.29-35.

16. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження пульсацій пристінного тиску в трубі за локальними осесиметричними звуженнями різних форм // Доп. НАН Укр. - 2003. - №10. – С.45-51.

17. Борисюк А.О. Генерація звуку обмеженою областю збуреної течії в жорсткостінному каналі кругового поперечного перерізу. Частина 1. Загальна теорія // Акуст. вісн. – 2003. – Т.6, №3. – С.3-9.

18. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження пульсацій пристінного тиску в еластичній трубі за локальним осесиметричним звуженням // Акуст. вісн. – 2003. – Т.6, №4. – С.19-26.

19. Borisyuk A.O. Model study of noise field in the human chest due to turbulent flow in a larger blood vessel // J. Fluids Struct. – 2003. – Vol.17. – P.1095-1110.

20. Борисюк А.О. Дослідження поля течії і акустичного поля у жорсткостінному каналі кругового поперечного перерізу з локальним осесиметричним звуженням. Частина 1. Теорія // Акуст. вісн. – 2004. – Т.7, №1. – С.19-29.

21. Борисюк А.О. Генерація звуку обмеженою областю збуреної течії в нескінченній прямій жорсткостінній трубі кругового поперечного перерізу // Доп. НАН Укр. - 2004. - №5. – С.34-40.

22. Борисюк А.О. Експериментальне дослідження полів пульсацій пристінного тиску і звуку, згенерованих стаціонарною течією в еластичній трубі за локальним осесиметричним звуженням // Доп. НАН Укр. - 2004. - №6. – С.43-49.

23. Борисюк А.О. Дослідження поля течії і акустичного поля у жорсткостінному каналі кругового поперечного перерізу з локальним осесиметричним звуженням. Частина 2. Чисельні результати // Акуст. вісн. – 2004. – Т. 7, №3. – С.28-38.

24. Борисюк А.О. Генерація звуку обмеженою областю збуреної течії в жорсткостінному каналі кругового поперечного перерізу. Частина 2. Частинні випадки // Акуст. вісн. – 2004. – Т. 7, №4. – С.10-20.

25. Борисюк А.О. Дослідження течії в жорсткостінному каналі кругового поперечного перерізу з локальним осесиметричним звуженням // Доп. НАН Укр. - 2005. - №2. – С.42-48.

26. Борисюк А.О. Генерація звуку обмеженою областю збуреної течії в нескінченній прямій жорсткостінній трубі кругового поперечного перерізу. Частинні випадки // Доп. НАН Укр. - 2005. - №8. – С.37-43.

27. Борисюк А.О., Майданник В.Г., Макаренков А.П. Акустичні основи діагностики стенозу кровоносних судин // Педіатрія, акушерство та гінекологія. – 1997. – №3. – С.7-13.

28. Борисюк А.А. Генерация шума стационарным потоком при наличии стенозов в кровеносных сосудах человека // Бионика. – 1998. - Вып.27-28. - С.144-151.

29. Grinchenko V.T., Borisyuk A.O. Sound radiation by a turbulent boundary layer excited panel // Abstr. papers 2^nd European Fluid Mech. Conf. - Warsaw (Poland), 1994. - P.143.

30. Borisyuk A.O. Noise due to blood flow-vessel interaction // Abstr. papers EUROMECH-344 "Fluid-Structure Interactions in Biomechanics". – London (England), 1996. - P.24.

31. Borisyuk A.O. The sound field between two finite coaxial cylinders // Abstr. papers EUROMECH-352 "Mean Flow Effects in Acoustics". - Keele (England), 1996. - P.22.

32. Borisyuk A.O. Sound generation by elastic strip excited by different turbulent wall pressure components // Proc. 12^th International FASE Symposium "Transport Noise and Vibration". - St.-Petersburg (Russia), 1996. - P.235-238.

33. Borisyuk A.O. Noise field in the human chest due to blood flow-vessel interaction // Abstr. papers EUROMECH-369 "Fluid-Structure Interaction in Acoustics". - Pier Scheveningen, Den Haag (The Netherlands), 1997. - P.52.

34. Borisyuk A.O. Modeling of noise generation by turbulence in a larger human blood vessel // Acustica. – 1999. – Vol.85 (supplement 1 January/February). - S.283.

35. Borisyuk A.O. Modeling of noise generation by turbulence in a larger human blood vessel // Proc. Joint ASA/EAA/DEGA Meeting on Acoustics ”FORUM ACUSTICUM”. - Berlin (Germany), 1999. - 4p. (collected papers at CD-ROM).

36. Borisyuk A.O. Modeling of sound generation by turbulent flow in a larger human blood vessel // Abstr. papers EUROMECH-389 "Physiological Flows and Flow-Structure Interactions". - Graz (Austria), 1999. - P.66.

37. Borisyuk A.O. Experimental study of noise generation by flow through a vascular stenosis // Abstr. papers DAGA 2001. - Hamburg (Germany), 2001. - P.135.

38. Borisyuk A.O. Application of methods of spectral and correlation analysis to modeling of an acoustic field of a human blood vessel // Abstr. papers 1^st SIAM-EMS Conference “Applied Mathematics in our Changing World”. - Berlin (Germany), 2001. - P.47.

39. Borisyuk A.O., Kltzsch P. Prediction of far-field-sound from turbulence near plate in flow using wall pressure fluctuations as the source model // Abstr. papers DAGA 2003. - Aachen (Germany), 2003. - P.173-174.

40. Borisyuk A.O. Noise generation by a limited region of turbulence in a channel of a circular cross-section // Book of abstracts GAMM 2004. - Dresden (Germany), 2004. - P.187.

41. Borisyuk A.O. On noise production by a limited region of turbulence in a circular rigid-walled pipe // Abstr. papers DAGA 2005. - Mnchen (Germany), 2005. - P.267.