颗粒介质中的声散射
钱祖文
l 引言
列声波在均匀各向同性介质中传播时，只要碰不到边界，它将以“自由场”的形式继续向前传播。如果介质中存在其他物体(该物体称为非均匀体)，且其声学
特性与其周围介质有区别，则介质中的声场除了原来的入射波部分以外，还多了一部分声波，前者称为人射波，后者称为次级波(包括散射波、黏滞波等)，在线性声学范畴内，后者与前者叠加。液体中的气泡、空气中的尘埃、海水中．的浮游生物和悬浮泥沙，甚至海洋沉积物中的颗粒部分等都是非均匀体的实例。由于非均体的散射改变了声场特性，故需要对它进行专门研究并加以利用，从而形成一门分支学科——散射。历史上的瑞利散射解释了天空是蓝色的原因。实际上非均匀体的形状各式各样，但在作理论研究时，用有关的特征尺度(如声波波长、黏滞波长等)来看它们时往往将它们抽象成规范形状(如球、柱等)，这样不仅方便于数学处理，同时让读者在物理上也易于理解。小尺度规范体单散射问题的研究已颇为深入，其解析解的形式也很干净利索，但是大尺度体的散射问题却并非如此。如果空间存在多个散射体，它们之间存在单次相互作用，我们将相应的问题称为多体一次散射问题；如果它们之间存在多次相互作用，我们将相应的问题称为多体多次散射问题。在规范体散射的基础上，本文将着重讨论后者。
本文讨论的内容是流体和固体中颗粒物质的散射问题，后者可以是固体粒子也可以是气体(气泡)。今后我们所论流体称为主体，非均匀体称为散射体，而将整
个介质(包括主体和散射体)称为颗粒介质(有的文献称为二相介质)。
2 球体的单散射
自然界散射体的形状是各式各样的，一般处理起来不那么容易。故在处理实际问题时，理论工作者总是根据物理实际来尽量简化它。如处理声波为主体的问题时，则用声波波长的尺度来看散射体。若波长很长，可以将一个小的散射体看成为小球体，将一个细长的散射体看成为一个细长柱体。若处理的问题是以黏滞波扩散为主体时，则要用黏滞波的穿透深度(或它的波长)为尺度来观察物体的形状。
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