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Reflection and Refraction from a Fluid-Solid Boundary Involving Cavitation

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In this paper strong waves which produce tensile tractions at the interface are considered. Tensile tractions at the interface lead to cavitation, and the fluid separates from the solid by the appearance of bubbles. It is shown that the angles of reflection and refraction are not affected by separation, but that the reflected and refracted waves undergo a phase shift that depends on the extent of separation and contain higher frequencies. If none of the reflected or refracted waves assume the character of surface or leaky waves then the slopes of the leading edges of the bubbles are continuous, while those at the trailing edges are discontinuous. Correspondingly, the normal tractions vanish at the leading edges but have jump discontinuities at the trailing edges. On the otherhand, if any of the reflected or refracted waves assume the character of surface or leaky waves then the bubbles have discontinuous slopes at both leading and trailing edges, and accordingly the normal tractions have jump discontinuities at both edges of the bubble.

Zusammenfassung

In dieser Arbeit werden starke Wellen untersucht, welche Streckdehnungen an der Grenzfläche erzeugen. Streckdehnungen an der Grenzfläche führen zu Kavitation, wobei sich die Flüssigkeit vom Festkörper unter Entstehung von Gasblasen ablöst. Es wird gezeigt, daß Reflexions- und Brechungswinkel nicht durch die Ablösung beeinflußt werden, daß aber die reflektierte und gebrochene Welle eine Phasenverschiebung erfahren und daß sie höhere Frequenzen enthalten. Nimmt weder die reflektierte noch die gebrochene Welle den Charakter einer Oberflächen- oder Leckwelle an, so sind die Neigungen der Vorderflanken der Blasen stetig, während sie an den Rückflanken unstetig verlaufen. Dementsprechend verschwinden die normalen Dehnungen an den Vorderflanken, haben aber an den Rückflanken sprunghafte Unstetigkeiten. Andererseits haben die Blasen auf den Vorder- und Rückflanken unstetige Neigungen, wenn eine der reflektierten oder gebrochenen Wellen den Charakter einer Oberflächen- oder Leckwelle annimmt, dementsprechend verläuft die normale Dehnung sprunghaft unstetig an beiden Flanken der Blasen.

Sommaire

On examine la réflexion et la réfraction d'ondes assez intenses pour engendrer des forces de traction produisant de la cavitation au niveau même de l'interface solide-liquide, de telle manière que le liquide est séparé du solide par une couche de bulles. On montre que les angles de réflexion et de réfraction ne sont pas affectés par cette séparation mais que les ondes réfléchies et réfractées subissent un décalage de phase dépendant de l'importance de la séparation. En même temps apparaissent des fréquences d'ordre supérieur. En l'absence d'ondes de surface ou d'ondes de fuite, les pentes des bords antérieurs des bulles sont continues, tandis que celles des bords postérieurs sont discontinues. Corrélativement, les tractions normales sont nulles au niveau des bords antérieurs des bulles tandis qu'elles subissent des sauts de discontinuité aux niveaux des bords postérieurs. Dans le cas contraire, lorsque l'une ou l'autre des ondes réfléchies ou réfractées presente le caractère d'une onde de surface ou de fuite, alors les bulles possèdent des discontinuités de pente à la fois sur leurs bords antérieurs et postérieurs, d'oú Ton déduit que les tractions normales subissent également des discontinuités sur les deux faces des bulles.
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Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 1981

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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