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超声场中气泡的耦合运动

声学学报 2011年第3期36卷 325-331页

作者：王成会林书玉陕西师范大学应用声学研究所西安710062 南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京210093

超卢场中气泡除径向振动外,还可能会平动并且相互影响。本文以考虑邻近气泡次级声辐射影响后的球形气泡径向振动模型为基础,结合气泡在声场中受到的力,利用数值方法研究了平面波声场中不同尺寸的两气泡径向振动和平动规律。发现尺寸较... 详细信息

超卢场中气泡除径向振动外,还可能会平动并且相互影响。本文以考虑邻近气泡次级声辐射影响后的球形气泡径向振动模型为基础,结合气泡在声场中受到的力,利用数值方法研究了平面波声场中不同尺寸的两气泡径向振动和平动规律。发现尺寸较大气泡的径向振动具有一定的本征性特征且具有较大平动位移。利用高速摄影系统定性地观察了气泡运动和泡群分布状态。实验表明大气泡以较快的速度平动同时伴有小幅径向脉动。我们还观察到了气泡相互吸引聚合的现象,此类行为可归结为次级声辐射的影响。

关键词：球形气泡超声场耦合运动径向振动高速摄影系统振动模型辐射影响数值方法

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超声场中空化泡对弹性粒子微流的影响

物理学报 2019年第24期68卷 186-194页

作者：冯康艺王成会陕西师范大学超声学重点实验室

从声散射基本理论出发,考虑弹性粒子与空化泡之间耦合作用,结合边界条件,推导了弹性粒子外部声流分布,得到了声微流的n=0和n=1模式近似表达式和粒子表面应力分布函数.数值分析结果表明:气泡和弹性粒子之间的耦合作用增加了粒子周围的微... 详细信息

从声散射基本理论出发,考虑弹性粒子与空化泡之间耦合作用,结合边界条件,推导了弹性粒子外部声流分布,得到了声微流的n=0和n=1模式近似表达式和粒子表面应力分布函数.数值分析结果表明:气泡和弹性粒子之间的耦合作用增加了粒子周围的微流分布与剪应力场分布,特别是微流速度的切向分量.随着两者间距与相对位置的距离增大,粒子与气泡之间相互作用减弱,粒子周围微流幅值减小;当气泡处于共振状态时,粒子周围的微流分布显著增强.粒子表面剪应力场受粒子半径与声场频率影响,当粒子半径与声场频率越大,外部散射声强越强,粒子表面剪应力幅值越大.

关键词：弹性粒子空化泡微流声散射

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超声波作用下气泡的非线性振动

力学学报 2010年第6期42卷 1050-1059页

作者：王成会林书玉陕西师范大学应用声学研究所西安710062

Flynn方程在引入泡内气体的压缩性修正后能够更好地描述超声波作用下液体内气泡的非线性振动.以此为基础通过数值分析探讨了声场内气泡的非线性振动特征以及气泡初始半径、驱动声波频率和声压幅值对气泡非线性振动状态的影响.结果表明,... 详细信息

Flynn方程在引入泡内气体的压缩性修正后能够更好地描述超声波作用下液体内气泡的非线性振动.以此为基础通过数值分析探讨了声场内气泡的非线性振动特征以及气泡初始半径、驱动声波频率和声压幅值对气泡非线性振动状态的影响.结果表明,声场内的气泡可分为3种类型:吸收声能量作准本征振动的大气泡、空化气泡和以驱动声波频率受迫振动的微气泡.空化气泡的尺度范围受到驱动声波频率和声压幅值的共同影响.利用高速摄影系统对换能器作用于未除气的自来水所引起的变化进行了实验研究,结果表明:超声波作用下液体内的气泡场是一个混合场,不仅有空化气泡,还有毫米级的大气泡;场内除了有气泡的非线性振动外,还有气泡间的相互吸引、碰撞和结合.

关键词：超声波气泡的初始半径非线性振动空化气泡高速摄影

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H-22细胞声孔效应的应力阈值

物理学报 2011年第11期60卷 418-424页

作者：莫润阳林书玉王成会陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声学重点实验室西安710062

理论和实验研究了超声空化场中的H-22型肝癌细胞产生可逆声孔效应的剪应力阈值.本文用1.37MHz的聚焦声场,当超顺磁性纳米氧化铁在细胞悬液中的终浓度为410μg/mL,换能器负载电功率为2W,超声辐照60s,细胞存活率90%以上时,有45.9±13.5%... 详细信息

理论和实验研究了超声空化场中的H-22型肝癌细胞产生可逆声孔效应的剪应力阈值.本文用1.37MHz的聚焦声场,当超顺磁性纳米氧化铁在细胞悬液中的终浓度为410μg/mL,换能器负载电功率为2W,超声辐照60s,细胞存活率90%以上时,有45.9±13.5%的细胞显示普鲁士蓝染阳性,暗示超声作用下,这些细胞表面曾出现可逆性微孔而使磁性微粒由此进入细胞内.利用无界自由空间微泡运动方程的球对称稳态解对实验条件下细胞膜表面的切变应力进行数值估算,结果表明,使H-22细胞产生可逆性声孔效应的微流剪应力阈值为697Pa.

关键词：声孔效应磁性标记微流剪应力

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弹性管中泡群内气泡的非线性声响应

物理学报 2014年第13期63卷 209-215页

作者：王成会程建春陕西师范大学陕西省超声重点实验室西安710062 南京大学声学研究所南京210093

将弹性管壁视为膜弹性结构,得到了管径较大弹性管中泡群内气泡弱非线性振动的动力学模型.利用逐级近似法对气泡的非线性共振频率、基频振动响应特性进行了理论分析.结果表明:气泡共振频率主要受泡群内气泡间相互作用的影响;气泡的非线... 详细信息

将弹性管壁视为膜弹性结构,得到了管径较大弹性管中泡群内气泡弱非线性振动的动力学模型.利用逐级近似法对气泡的非线性共振频率、基频振动响应特性进行了理论分析.结果表明:气泡共振频率主要受泡群内气泡间相互作用的影响;气泡的非线性共振频率将发生偏移,其偏移量取决于共振响应振幅;气泡的声响应区存在最大频率值;在声响应的高频率区内声响应幅值有多值性.

关键词：弹性管非线性共振相互作用气泡声响应

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低频超声空化场中柱状泡群内气泡的声响应

物理学报 2016年第14期65卷 145-152页

作者：王成会莫润阳胡静陕西师范大学超声学重点实验室西安710062

本文在气泡群振动模型的基础上,考虑气泡间耦合振动的影响,得到了均匀柱状泡群内振动气泡的动力学方程,以此为基础分析了低频超声空化场中柱形气泡聚集区内气泡的非线性声响应特征.气泡间的耦合振动增加了系统对每个气泡的约束,降低了... 详细信息

本文在气泡群振动模型的基础上,考虑气泡间耦合振动的影响,得到了均匀柱状泡群内振动气泡的动力学方程,以此为基础分析了低频超声空化场中柱形气泡聚集区内气泡的非线性声响应特征.气泡间的耦合振动增加了系统对每个气泡的约束,降低了气泡的自然频率,增强了气泡的非线性声响应.随着气泡数密度的增加,气泡的自然共振频率降低,受迫振动气泡受到的抑制增强.数值分析结果表明:1)驱动声波频率越低,气泡的初始半径越小,气泡数密度变化对气泡最大半径变化幅度的影响越大;2)气泡振动幅值响应存在不稳定区,不稳定区域分布与气泡初始半径、驱动声波压力幅值、驱动声波频率等因素有关.在低频超声波作用下,对初始半径处在1—10μm之间的空化气泡而言,气泡初始半径越小,气泡最大半径不稳定区分布范围越大,表明小气泡具有更强的非线性特征.因此,气泡初始半径越小,声环境变化对空化泡声响应稳定性影响越显著.

关键词：空化场空化气泡耦合振动声响应

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球状泡群内气泡的耦合振动

物理学报 2015年第23期64卷 156-163页

作者：王成会莫润阳胡静陈时陕西师范大学超声学重点实验室西安710062

振动气泡形成辐射场影响其他气泡的运动,故多气泡体系中气泡处于耦合振动状态.本文在气泡群振动模型的基础上,考虑气泡间耦合振动的影响,得到了均匀球状泡群内振动气泡的动力学方程,以此为基础分析了气泡的非线性声响应特征.气泡间的耦... 详细信息

振动气泡形成辐射场影响其他气泡的运动,故多气泡体系中气泡处于耦合振动状态.本文在气泡群振动模型的基础上,考虑气泡间耦合振动的影响,得到了均匀球状泡群内振动气泡的动力学方程,以此为基础分析了气泡的非线性声响应特征.气泡间的耦合振动增加了系统对每个气泡的约束,降低了气泡的自然共振频率,增强了气泡的非线性声响应.随着气泡数密度的增加,振动气泡受到的抑制增强;增加液体静压力同样可抑制泡群内气泡的振动,且存在静压力敏感区（1—2 atm,1 atm=1.01325×10~5Pa）;驱动声波对气泡振动影响很大,随着声波频率的增加,能够形成空化影响的气泡尺度范围变窄.在同样的声条件、泡群尺寸以及气泡内外环境下,初始半径小于5μm的气泡具有较强的声响应.气泡耦合振动会削弱单个气泡的空化影响,但可延长多气泡系统空化泡崩溃发生的时间间隔和增大作用范围,整体空化效应增强.

关键词：球状泡群空化气泡耦合振动声响应

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双气泡振子系统的非线性声响应特性分析

物理学报 2019年第14期68卷 324-333页

作者：莫润阳王成会胡静陈时陕西师范大学超声学重点实验室

对初始半径不同的双气泡振子系统在声波作用下的共振行为和声响应特征进行了分析.利用微扰法分析了双泡系统的非线性共振频率,由于气泡间耦合振动的非线性影响,双泡系统存在双非线性共振频率.倍频共振和分频共振现象的存在使得双泡系统... 详细信息

对初始半径不同的双气泡振子系统在声波作用下的共振行为和声响应特征进行了分析.利用微扰法分析了双泡系统的非线性共振频率,由于气泡间耦合振动的非线性影响,双泡系统存在双非线性共振频率.倍频共振和分频共振现象的存在使得双泡系统振幅-频率响应曲线有多共振峰,且随着非线性增强,共振区向低频区移动.通过对气泡平衡半径、双泡平衡半径比以及气泡间距的分析发现,耦合作用较强的情形发生在系统共振频率附近、气泡半径比接近1以及气泡间距小于10R10的范围内,同时观察到了此消彼长的现象,充分体现了气泡在声场中能量转换器的特征.

关键词：双气泡振子非线性共振耦合振动声响应

磁流体管内“泡对”在磁声复合场中的振荡行为

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物理学报 2022年第8期71卷 167-175页

作者：史慧敏莫润阳王成会陕西师范大学超声学重点实验室西安710119

基于磁流体管内单泡的动力学模型,通过引入泡间次级声辐射并考虑磁流体黏度的磁场效应,建立了管内“泡对”系统在磁声复合场中的动力学方程,分析了磁场强度、泡对尺寸、泡间相互作用(包括次级Bjerknes力F_(B)和磁吸引力F_(m))及流体特... 详细信息

基于磁流体管内单泡的动力学模型,通过引入泡间次级声辐射并考虑磁流体黏度的磁场效应,建立了管内“泡对”系统在磁声复合场中的动力学方程,分析了磁场强度、泡对尺寸、泡间相互作用(包括次级Bjerknes力F_(B)和磁吸引力F_(m))及流体特性等对双泡振动特性的影响.结果表明,磁场增大了泡对的振幅,对大泡的影响远大于对小泡的影响.当两泡中心间距一定、两泡相对尺寸越大时,或是当两泡尺寸一定、两泡表面间距越小时,双泡之间的相互作用越强.磁声复合场中,磁场会影响F_(B),F_(m),磁压P_(m)及黏滞阻力等,且影响程度各不相同;F_(B)和F_(m)及P_(m)和黏滞阻力之间均存在竞争关系,与作用在微泡上的所有力共同影响泡的运动.通过研究“泡对”系统的动力学行为,为实际应用中调节磁声场,提高微泡对生物组织的靶向调控治疗效果提供了一定的理论依据.

关键词：泡对磁流体刚性管动力学