Ultraäänen mallintaminen rajakerroksessa

Diplomityössä tutkitaan ultraäänisäteilykentän muodostumista ja äänen etenemistä rajakerroksessa. Malli koostuu kahdesta tasomaisesta ultraääniantennista, jotka ovat kiinnitetty tasaiselle pinnalle. Pinnan päällä olevasta neste- tai kaasuvirtauksesta muodostuu kitkan johdosta pinnan normaalin suuntaisesti muuttuva nopeusprofiili. Kahden antennin välillä kulkeva signaali muuttuu tämän rajakerroksen ja säteilykentän vaikutuksesta. Diplomityössä muodostetaan tilanteesta matemaattinen malli, jonka avulla lasketaan systeemin amplitudispektri ja impulssivaste. Lisäksi työssä käydään teoreettisesti läpi useita aaltoliikkeen mallintamismenetelmiä. Systeemin matemaattinen malli perustuu vaiheistettujen antenniryhmien keilanmuodostukseen ja tehollisen nopeuden hyväksikäyttöön rajakerroksessa. Signaalia muokkaavat tekijät otetaan huomioon kolmena erillisenä laskentalohkona, jotka yhdistetään lineaarisesti. Nämä lohkot ottavat huomioon signaalin lähettämisestä, etenemisestä ja vastaanottamisesta aiheutuvat muutokset. Systeemimalli toteutettiin Matlab-ohjelmistolla. Matemaattinen malli koekäytettiin laskennallisella antenniryhmällä. Tuloksissa virtauskenttä aiheutti pienen taajuussiirtymän amplitudispektrissä. Siirtymä oli voimakkain korkeimmilla taajuuksilla. Antennien säteilykentällä oli suurempi vaikutus spektriin. Pienikin säteilykeilan suunnanmuutos muutti läpisyöttötehoa huomattavasti. Impulssivaste puolestaan käyttäytyi epätavallisesti. Sen nousuaika oli suhteellisen pitkä ja laskuaika lyhyt. Tämän ajatellaan johtuvan erillisten laskentalohkojen yksinkertaisesta lineaariyhdistelystä. Tuloksissa tutkitaan myös virtauskentän muodon vaikutusta impulssivasteeseen. Lopuksi laskennallista impulssivastetta verrataan mittaustulokseen