প্রকৌশল শব্দবিজ্ঞান/শব্দীয় স্ট্রিমিং

সংজ্ঞা

স্ট্রিমিং পরিভাষাটি তরলের মধ্যে কম্পনশীল শাব্দ তরঙ্গ দ্বারা সৃষ্ট একটি স্থিতিশীল, সময়- ‍গড়িত ভর-প্রবাহ ঘনত্ব বা বেগকে বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়।^[১] বৃহৎ প্রশস্ততাযুক্ত ধ্বনি তরঙ্গ যখন কোনো তরলে প্রবাহিত হয় তখন তা তরলের একটি স্থির গতির সৃষ্টি করতে পারে। এই অরৈখিক প্রক্রিয়াটি শব্দীয় স্ট্রিমিং নামে পরিচিত এবং তরল প্রবাহের নিয়ন্ত্রক সমীকরণগুলিতে চতুর্ভুজীয় প্রবাহজনিত পদ দ্বারা এটিকে তাত্ত্বিকভাবে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে।

প্রয়োগসমূহ

শব্দীয় স্ট্রিমিং তাপ স্থানান্তরের উন্নয়নে, দূষিত পৃষ্ঠ পরিষ্কারের জন্য অতিধ্বনি ব্যবহার করে, স্থানিক মাইক্রো-মিশ্রণ, ক্ষুদ্র কণাগুলির জন্য মাইক্রো-ম্যানিপুলেটর এবং তরল পদার্থের জন্য মাইক্রো-পাম্প তৈরি ও বিকাশে কার্যকর ভূমিকা রাখতে পারে। প্রকৌশল শব্দবিজ্ঞান/শব্দীয় মাইক্রো পাম্প

শব্দীয় স্ট্রিমিং-এর বিভিন্ন ধরন

স্ট্রিমিং শ্রেণিবদ্ধ করার জন্য একাধিক পদ্ধতি বিদ্যমান রয়েছে।

স্ট্রিমিংয়ের প্রাথমিক শ্রেণিবিন্যাসটি স্ট্রিমিং উৎপত্তির প্রক্রিয়া বা ব্যবস্থার উপর ভিত্তি করে করা হয়।^[২]

বাউন্ডারি-লেয়ার চালিত স্ট্রিমিং : কঠিন বস্তু এবং তরলের মধ্যে বাউন্ডারি লেয়ার প্রভাবের কারণে সীমানায় সান্দ্র চাপের দ্বারা চালিত প্রবাহ। বাউন্ডারি-লেয়ার চালিত স্ট্রিমিং সাধারণত দুই প্রকারের স্ট্রিমিং নিয়ে গঠিত যা সবসময় একসাথে ঘটে: বাইরের এবং ভেতরের বাউন্ডারি-লেয়ার স্ট্রিমিং।
1. আউটার বাউন্ডারি-লেয়ার স্ট্রিমিং: র‍্যালে শব্দীয় স্ট্রিমিং বিশ্লেষণ করেছিলেন যখন সমান্তরাল প্লেটগুলির মধ্যে একটি স্থির তরঙ্গ উপস্থিত থাকে এবং ব্যাখ্যা করেছিলেন যে বাতাসের গতি একটি অরৈখিক দ্বিতীয় ক্রম প্রভাব দ্বারা সৃষ্ট হয়। র‍্যালে বাউন্ডারি লেয়ারের বাইরের গড় প্রবাহের উপর তার গবেষণা কেন্দ্রীভূত করেছিলেন এবং তার এই পদ্ধতি তখন থেকে শব্দীয় স্ট্রিমিং অধ্যয়নের জন্য বিশ্লেষণাত্মক উপকরণে পরিণত হয়েছে।^[৩]
2. ইনার বাউন্ডারি-লেয়ার স্ট্রিমিং: ইনার বাউন্ডারি লেয়ার স্ট্রিমিংয়ের অধ্যয়ন শ্লিচটিং দ্বারা বিকশিত হয়েছিল, যিনি একটি সমতল প্লেটের উপর একটি অসম্পীড়নযোগ্য স্পন্দিত প্রবাহ নিয়ে গবেষণা করেছিলেন এবং বাউন্ডারি লেয়ারের ভেতরের দ্বি-মাত্রিক স্ট্রিমিং ক্ষেত্র গণনা করেছিলেন। চিত্র ১-এ একটি চ্যানেলে ভেতরের এবং বাইরের স্ট্রিমিং দেখানো হয়েছে। এই ধরনের একটি কোষের দৈর্ঘ্য তরঙ্গদৈর্ঘ্যের এক-চতুর্থাংশ।
  চিত্র ১: ইনার এবং আউটার স্ট্রিমিং সেলগুলির পরিকল্পিত চিত্র
জেট চালিত স্ট্রিমিং: এটি একটি ছিদ্র বা প্রস্থচ্ছেদের পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে একটি সান্দ্র তরলের পর্যায়ক্রমিক শোষণ এবং নির্গমনের প্রক্রিয়া। এই প্রক্রিয়াটি এই ধারণার উপর নির্ভর করে যে, একটি সান্দ্র তরল শোষণ এবং নির্গমনকালে সম্পূর্ণ ভিন্নভাবে আচরণ করে। শোষণকালে প্রবাহ সব দিক থেকে আসে, যেখানে নির্গমনকালে একটি জেট তৈরি হয়। চিত্র ২-এ একটি ছোট নল এবং খোলা স্থানের মধ্যে সংযোগস্থলে বহিঃপ্রবাহ এবং অন্তঃপ্রবাহের ধরন দেখানো হয়েছে। এই দুই ধরণের বহিঃপ্রবাহকে একটি বিস্তৃতভাবে ছড়ানো দোলন গতির প্রবাহ এবং সময়-মৌলিক টরয়েডাল আবর্তনের সংযুক্ত রূপ হিসেবে ধরা যায়।
চিত্র ২: বহিঃপ্রবাহ এবং অন্তঃপ্রবাহের ধরন
গেডিওন স্ট্রিমিং: এটি ভ্রাম্যমাণ তরঙ্গের সাথে যুক্ত, যা পূর্ববর্তী উদাহরণগুলির মতো স্থির তরঙ্গের বিপরীত। বাউন্ডারি লেয়ার এবং জেট চালিত স্ট্রিমিংয়ের ক্ষেত্রে মোট অভিকৃষ্ট ভর প্রবাহ থাকে না। কিন্তু ভ্রাম্যমাণ তরঙ্গ স্ট্রিমিংয়ের ক্ষেত্রে শব্দীয় বেগ এবং ঘনত্বের মধ্যে দশার পার্থক্যের কারণে একটি শূন্য নয় এমন মোট ভর প্রবাহ সৃষ্টি হয়। স্টার্লিং থার্মোঅ্যাকোস্টিক ইঞ্জিন এবং রেফ্রিজারেটরে এই ধরনের ভ্রাম্যমাণ তরঙ্গ স্ট্রিমিং-কে গেডিওন স্ট্রিমিং বা ডিসি প্রবাহ বলা হয়।
এককার্ট স্ট্রিমিং: এককার্ট স্ট্রিমিং যাকে কখনও কখনও "কোয়ার্টজ উইন্ড" বলা হয়, এটি তরলে শব্দীয় শক্তির অপচয়ের ফলে সৃষ্ট হয়। যদিও এককার্ট প্রথম ব্যক্তি নন যিনি "কোয়ার্টজ উইন্ড" পর্যবেক্ষণ করেছিলেন, তবে ১৯৪৮ সালে তিনিই প্রথম এই প্রক্রিয়ার জন্য একটি গাণিতিক বিশ্লেষণ উপস্থাপন করেন।^[৪] একটি সাম্প্রতিক গবেষণাপত্রে এই ধরনের শব্দীয় স্ট্রিমিং-এ দেখা যাওয়া বেগের আনুমানিক মান প্রদান করা হয়েছে।^[৫]

চিত্র ৩ গেডিয়ন, র‍্যালে এবং জেট-চালিত স্ট্রিমিংয়ের একটি পরিকল্পিত চিত্র প্রদর্শন করে।

দ্বিতীয় শ্রেণিবিন্যাসটি শব্দীয় তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবংসৃষ্ট ঘূর্ণাবর্তীয় গঠনের বৈশিষ্ট্যপূর্ণ দৈর্ঘ্যের আপেক্ষিক মাত্রার উপর ভিত্তি করে করা হয়।

সূক্ষ্ম মাপ: ইনার বাউন্ডারি-লেয়ার স্ট্রিমিংয়ের (শ্লিচটিং স্ট্রিমিং) ক্ষেত্রে বাউন্ডারি-লেয়ারের পুরুত্ব ঘূর্ণাবর্তের প্রস্থের সমান। সুতরাং, এটি সূক্ষ্ম মাপের শ্রেণিবিন্যাসের অংশ।

তুলনীয় মাপ: আউটার বাউন্ডারি-লেয়ার স্ট্রিমিং (র‍্যালে স্ট্রিমিং) এবং জেট চালিত স্ট্রিমিংয়ের ক্ষেত্রে শব্দতরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং ঘূর্ণাবর্তের আকার তুলনীয় হয়।

বৃহৎ মাপ: একার্ট স্ট্রিমিং বৃহৎ মাপের শ্রেণিবিন্যাসের অন্তর্ভুক্ত কারণ ঘূর্ণাবর্তের দৈর্ঘ্যের মাপ শব্দতরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের চেয়েও বেশি হয়।

তৃতীয় শ্রেণিবিন্যাসটি স্ট্রিমিং বেগের মাত্রার উপর ভিত্তি করে করা হয়।

ধীর স্ট্রিমিং: ধীর স্ট্রিমিং সেই পরিস্থিতিকে বোঝায় যখন স্ট্রিমিং বেগ তরলের মূল গতিবেগের তুলনায় অনেক কম হয়। প্রকৃতপক্ষে এই প্রকার স্ট্রিমিংকে একটি উপযুক্ত রেনল্ডস সংখ্যা Re_NL দ্বারা চিহ্নিত করা যেতে পারে, যা জড়তা এবং সান্দ্রতার তুলনা করে এবং এই স্ট্রিমিং বেগ ক্ষেত্রটি কতটা বিকৃত হয় তা নির্ধারণ করে। যখন Re_NL<<1 হয়, তখন তা ধীর স্ট্রিমিংয়ের সাথে মিলে যায়।^[৬]
দ্রুত স্ট্রিমিং: দ্রুত স্ট্রিমিং ঘটে যখন স্ট্রিমিং বেগ এবং তরলের বেগ একই মাত্রার হয়। এই ক্ষেত্রে Re_NL>>1, অর্থাৎ রেনল্ডস সংখ্যা অনেক বড় — এ ধরনের স্ট্রিমিং-কে দ্রুত স্ট্রিমিং বা অরৈখিক স্ট্রিমিং বলা হয়। বেশিরভাগ শব্দীয় স্ট্রিমিং ধীর প্রকৃতির হয়, শুধুমাত্র জেট চালিত স্ট্রিমিংকে দ্রুত স্ট্রিমিং হিসাবে বিবেচনা করা হয়।

স্ট্রিমিং বেগের অক্ষীয় এবং অনুপ্রস্থ উপাদান

এখানে রৈখিক তরঙ্গ সমীকরণের বিশ্লেষণাত্মক সমাধান থেকে প্রাপ্ত আউটার বাউন্ডারি-লেয়ার স্ট্রিমিং বেগের বৈশিষ্ট্যগুলো উপস্থাপন করা হলো। রৈখিক ক্ষেত্রে শব্দীয় বেগ ক্ষেত্রের অক্ষীয় উপাদানের বিস্তার নিম্নরূপভাবে দেওয়া হয়:

$(1)\ u=u_{max}sin(2\pi x/\lambda )$

যেখানে u_max=P₀/ρ₀c₀। স্ট্রিমিং বেগ ক্ষেত্রের অক্ষীয় উপাদান (u_st) এবং অনুপ্রস্থ উপাদান (v_st) হলো,

$(2)\ u_{st}={\frac {3}{8}}{\frac {u_{max}^{2}}{c}}(1-{\frac {2y^{2}}{(H/2)^{2}}})sin(\pi x/l)$

$(3)\ v_{st}=-{\frac {3}{8}}{\frac {u_{max}^{2}}{c}}{\frac {2\pi y}{\lambda }}(1-{\frac {2y^{2}}{(H/2)^{2}}})cos(\pi x/l)$

যেখানে (-H/2<y<H/2), H হলো নলের উচ্চতা এবং l=λ/4^[৭]

তথ্যসূত্র

↑ see video on http://media.efluids.com/galleries/all?medium=749
↑ Greg Swift,"Thermoacoustics: A unifying perspective for some engines and refrigerators", Condensed Matter and thermal Physics Group,Los Alamos National Laboratory, Forth edition, 1999.
↑ S. Boluriaan, P. J. Morris,"Acoustic streaming: from Rayleigh to today", International Journal of Aeroacoustics, 2 (3-4): 255-292, 2003.
↑ O. V. Rudenko, S. I. Soluyan,"Theoretical foundations of nonlinear acoustics", Consultants Bureau, New York and London, 1977.
↑ Moudjed, B. (২০১৪-০৯-০১)। "Scaling and dimensional analysis of acoustic streaming jets"। Physics of Fluids। 26 (9): 093602। doi:10.1063/1.4895518। আইএসএসএন 1089-7666 1070-6631, 1089-7666 |issn= এর মান পরীক্ষা করুন (সাহায্য)। সংগ্রহের তারিখ ২০১৪-০৯-১৮। অজানা প্যারামিটার |coauthors= উপেক্ষা করা হয়েছে (|author= ব্যবহারের পরামর্শ দেয়া হচ্ছে) (সাহায্য).
↑ S. Moreau, H. Bailliet, J. Valiere,"Measurements of inner and outer streaming vortices in a standing waveguide using laser doppler velocimetry", Journal of Acoustical Society of America, 123 (2): 640-647, 2008.
↑ M. W. Thompson, A. A. Atchley,"Simultaneous measurement of acoustic and streaming velocities in a standing wave using lase doppler anemometry", Journal of Acoustical Society of America, 117:1828-1838, 2005.

[1] see video on http://media.efluids.com/galleries/all?medium=749

[2] Greg Swift,"Thermoacoustics: A unifying perspective for some engines and refrigerators", Condensed Matter and thermal Physics Group,Los Alamos National Laboratory, Forth edition, 1999.

[3] S. Boluriaan, P. J. Morris,"Acoustic streaming: from Rayleigh to today", International Journal of Aeroacoustics, 2 (3-4): 255-292, 2003.

[4] O. V. Rudenko, S. I. Soluyan,"Theoretical foundations of nonlinear acoustics", Consultants Bureau, New York and London, 1977.

[5] Moudjed, B. (২০১৪-০৯-০১)। "Scaling and dimensional analysis of acoustic streaming jets"। Physics of Fluids। 26 (9): 093602। doi:10.1063/1.4895518। আইএসএসএন 1089-7666 1070-6631, 1089-7666 |issn= এর মান পরীক্ষা করুন (সাহায্য)। সংগ্রহের তারিখ ২০১৪-০৯-১৮। অজানা প্যারামিটার |coauthors= উপেক্ষা করা হয়েছে (|author= ব্যবহারের পরামর্শ দেয়া হচ্ছে) (সাহায্য).

[6] S. Moreau, H. Bailliet, J. Valiere,"Measurements of inner and outer streaming vortices in a standing waveguide using laser doppler velocimetry", Journal of Acoustical Society of America, 123 (2): 640-647, 2008.

[7] M. W. Thompson, A. A. Atchley,"Simultaneous measurement of acoustic and streaming velocities in a standing wave using lase doppler anemometry", Journal of Acoustical Society of America, 117:1828-1838, 2005.

[১]

[২]

[৩]

[৪]

[৫]

[৬]

[৭]