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超声空化的研究方法及进展

应用声学 2009年第5期28卷 389-400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应用声学所西安710068

综述了超声空化研究的各种方法及研究进展,总结了空化研究中存在的问题,简要介绍了超声空化在基因导入方面应用的新进展。

关键词：声空化声化学超声空化场测量声孔效应

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染色法测量超声空化场研究

南京师大学报（自然科学版） 2009年第1期32卷 39-42页

作者：张涛张永元马宏伟梁召峰周凤梅西安科技大学理学院陕西西安710054 西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 深圳职业技术学院电子工程系广东深圳518055 南京大学声学研究所江苏南京210093

简易、形象地评定声空化强度与分布是功率超声技术应用中的重要技术.本文利用染色法测量侧置换能器清洗水槽中声空化场,通过改变功率,对多种染色载板的染色效果加以比较,给出3种适合不同功率情形使用的染色载板,并提出染色法最佳观测时... 详细信息

简易、形象地评定声空化强度与分布是功率超声技术应用中的重要技术.本文利用染色法测量侧置换能器清洗水槽中声空化场,通过改变功率,对多种染色载板的染色效果加以比较,给出3种适合不同功率情形使用的染色载板,并提出染色法最佳观测时间和最佳观测方法.同时,研究了变频条件下清洗水槽中的空化分布.结果表明,连续变频下获得均匀的空化场.染色法能形象描述超声清洗设备和声化学反应器中的声空化分布,并且具有简单、直观、经济、可信度高的优点,是一种实际可行的声空化定性评价方法.

关键词：染色法声空化超声清洗

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最近的中子探测实验和声空化

物理 2002年第5期31卷 272-274页

作者：王龙中国科学院物理研究所北京100080

评述了 2 0 0 2年 3月 8日美国Science杂志发表的橡树岭国家实验室Taleyarkhan等在产生在微小气泡反应中探测到中子的实验 .还介绍了声空化和声致发光的历史 ,以及与热核聚变和“冷聚变”

关键词：中子探测实验声空化中子核聚变声致发光冷聚变

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圆柱腔喷嘴簧片哨声空化特征的研究

圆柱腔喷嘴簧片哨声空化特征的研究

作者：袁媛陕西师范大学

学位级别：硕士

随着现代工业的快速发展和城市化的加快,水体污染越来越严重,造成许多水资源无法再利用,从而加重了水资源的匮乏程度,影响了人类对生存环境的可持续利用。因此,寻求新的方法和技术对流量大、污染物多且又成分复杂的工业污染废水进行有... 详细信息

随着现代工业的快速发展和城市化的加快,水体污染越来越严重,造成许多水资源无法再利用,从而加重了水资源的匮乏程度,影响了人类对生存环境的可持续利用。因此,寻求新的方法和技术对流量大、污染物多且又成分复杂的工业污染废水进行有效地、深度处理成为当务之急,为水资源的再利用创造条件。物理方法进行水处理,由于不产生二次污染,被称为“绿色水处理”;其中的声空化物理法集高温、高压、机械剪切和破碎为一体,为物理方法进行水体净化处理创造了特殊的环境基础。簧片哨作为声空化发生器之一,是利用射流喷注冲击簧片,激发簧片做横向振动,向周围液体辐射声波。同时,由于喷嘴附近的截面变化而形成空化泡,且簧片的机械振动作用会使小空泡难以合并,从而加强了空化强度,因此,在研究大流量水体处理中受到重视。并由于它具有结构简单、坚固耐用、处理量大、耗电量小、动力源方便等特点,在油液中的乳化、均化作用,以及在石油生产中的防蜡降粘作用,都已显示出其在工业应用方面独特的效果和巨大的生命力。从目前已有的文献看到：簧片哨的应用,超前于基础研究。而应用研究也仅限于具体实验现象的分析;在簧片哨的设计方面,所能依据的只是经验公式,主要基于经验公式以及不同状况的试验曲线给出的结果与特征来考虑问题。在应用基础理论方面,针对与声波特征有关的频率、强度等参量的计算,并在理论上能给出较准确地预示,从而达到对应用更为方便的控制的研究,几乎处于空白。近十多年来,除了我国罗曾义教授探讨了簧片刃口端点位移反馈发声机理外,国内外对其工作特性的研究很少报道。在本论文中,首先对之前的研究者对该方面的理论和实验研究的进展进行了总结和介绍,再者应用有限元分析法对簧片的振动进行模拟,探讨结构参数对簧片固有频率和振动模态的影响;其次使用有限体积法的计算流体动力学软件Fluent对簧片哨的空化强度进行数值模拟,研究了操作参数、簧片哨的结构对空化效果的影响;最后应用实验的方法对圆柱形喷嘴簧片哨的声学特性和空化特性进行了分析和研究,并结合其模拟结果和实验结果对其发声机理和空化发生机理进行分析和探讨。概括起来主要有以下几项工作： 1、总结和介绍了簧片哨的研究进展和应用。 2、应用有限元分析软件ANSYS对簧片的振动进行模拟,探讨簧片的长度和厚度改变对其固有频率和振动模态的影响。模拟结果表明：(1)当簧片的厚度和宽度不变,改变簧片长度,簧片振动固有频率随着长度的增加而降低;当簧片的长度和宽度不变,改变簧片厚度,簧片振动固有频率随着厚度的增加而增高。(2)簧片的振动模态存在多种方式,并且随着振动频率的增加,振动模态由单一模态向多种模态相互叠加转变。 3、应用有限体积法的计算流体动力学软件Fluent对簧片哨的空化强度进行数值模拟,通过计算簧片哨内湍动能分布、压力分布和速度分布,研究操作参数、簧片哨的结构对空化效果的影响,为簧片哨的结构优化提供依据。模拟结果表明：(1)对于簧片尺寸一定的簧片哨,提高入口压力可使空化流场的湍动能增加、压力值降低、液体流速增加,进而增强流场空化强度。(2)当入口压力一定时,喷嘴到簧片的距离对空化强度有影响并存在一最佳值。(3)当入口压力、喷嘴到簧片的距离一定时,簧片尺寸对空化强度有影响,随着喷嘴长度与厚度比值的增加,空化强度增强。 4、通过实验的方法比较研究了圆柱形喷嘴簧片哨的声学特性。研究表明：(1)入口压力对簧片哨发声频率和声压级的影响存在一最佳值,并非随着入口压力的增加而无限增加。(2)喷嘴到簧片距离对簧片哨发声频率和声压级的影响存在一最佳值;当喷嘴到簧片的距离很近时,增加簧片哨的簧片长度与厚度比值,也可以使簧片哨发声,并发出较强烈的声。(3)喷嘴的尺寸对圆柱腔型簧片哨发声频率和声压级有影响,并且其影响主要取决于喷嘴长度与厚度之比。(4)簧片的尺寸对圆柱腔型簧片哨发声频率和声压级有影响。当簧片长度不变时,厚度增加,振动频率加大;当簧片厚度不变,长度增加,振动频率随之减小,与理论模拟的变化规律相同。 5、通过实验的方法比较研究了圆柱形喷嘴簧片哨的空化特性。研究表明：(1)入口压力对簧片哨空化流场强度的影响存在一最佳值,并非随着入口压力的增加而增加;相对于湍流强度,空化强度的强弱主要取决于振动体的振动耦合强度。(2)喷嘴到簧片距离对簧片哨空化流场强度的影响存在一最佳值。(3)喷嘴尺寸对簧片哨的空化强度有影响,随着喷嘴长度与厚度比值的增加,空化效果加强。

关键词：簧片哨数值模拟发声频率声压级声空化空化噪声谱

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空化单气泡外围压强分布

物理学报 2004年第5期53卷 1406-1412页

作者：刘海军安宇清华大学物理系北京100084

通过数值计算非线性谐振的气泡外围流场中的Navier Stokes方程 ,给出详细的空化单气泡外围压强分布 .数值计算发现当气泡处于压缩相 ,那些最大半径比较大的气泡 ,其外围紧邻气泡壁处出现负压区 ,这将使气泡在这段时间处于力的非稳定平衡... 详细信息

通过数值计算非线性谐振的气泡外围流场中的Navier Stokes方程 ,给出详细的空化单气泡外围压强分布 .数值计算发现当气泡处于压缩相 ,那些最大半径比较大的气泡 ,其外围紧邻气泡壁处出现负压区 ,这将使气泡在这段时间处于力的非稳定平衡点 .计算还发现 ,当气泡接近它的最小半径处 ,气泡外围形成很薄的高压区 ,这个高压区域随后向外传播 ,这就形成冲击波 .分析表明 ,冲击波对Mie散射法测量气泡最小半径有一定影响 ,但不是主要影响 .

关键词：冲击波激光诱发气泡声空化压强分布非线性谐振流体力学

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液体工业规模声处理中空化气泡的测量

声学技术 2012年第1期31卷 82-88页

作者：徐德龙中国科学院声学研究所北京100190 东北石油大学地球科学学院地球物理学系黑龙江大庆163318

工业规模液体内的声处理应用越来越多地得到国内外声学工作者的关注。一般认为,液体内声处理的机理是声空化,因此要扩大声处理的规模,应把研究的重点放在声空化的优化,而不是一味提高声能输入。而对声空化优化的前提则需要找到简单易行... 详细信息

工业规模液体内的声处理应用越来越多地得到国内外声学工作者的关注。一般认为,液体内声处理的机理是声空化,因此要扩大声处理的规模,应把研究的重点放在声空化的优化,而不是一味提高声能输入。而对声空化优化的前提则需要找到简单易行、生产上可用的空化测量方法。回顾了声空化检测、测量方法,分析比较后认为:实时谱分析方法更适用于大规模液体声处理的空化测量,需加大力度深入研究。

关键词：声空化声化学工业声学处理空化测量方法谱分析

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金属熔体中超声声空化特性的研究进展

中国铸造装备与技术 2018年第3期53卷 25-31页

作者：王旭东黄海军周月明宝山钢铁股份有限公司上海201900 上海交通大学上海200240

超声是实现金属凝固组织细化的一种高效、简单方法,具有无"污染"熔体等诸多优点,但超声细化的关键——金属熔体中的声空特性尚不清楚,制约了超声细化理论的发展及该细化方法的应用。针对声空化,详述了声空化泡的形成、声空化结构与声空... 详细信息

超声是实现金属凝固组织细化的一种高效、简单方法,具有无"污染"熔体等诸多优点,但超声细化的关键——金属熔体中的声空特性尚不清楚,制约了超声细化理论的发展及该细化方法的应用。针对声空化,详述了声空化泡的形成、声空化结构与声空化泡的分布、声空化泡运动学与动力学的研究进展,介绍了金属熔体中声空化特性的研究现状,并对新研究方法与方向进行了展望。

关键词：超声细化声空化金属熔体

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含混合气泡液体中声波共振传播的抑制效应

物理学报 2019年第7期68卷 175-182页

作者：陈时张迪王成会张引红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710119

当声波在含气泡的液体中传播时会出现共振传播现象,即在气泡的共振频率附近声衰减和声速会显著地增大,这是声空化领域的一个重要现象.以往的研究一般假设液体中只存在单一种类的气泡,因此忽略了声波共振传播的某些重要信息.本文研究了... 详细信息

当声波在含气泡的液体中传播时会出现共振传播现象,即在气泡的共振频率附近声衰减和声速会显著地增大,这是声空化领域的一个重要现象.以往的研究一般假设液体中只存在单一种类的气泡,因此忽略了声波共振传播的某些重要信息.本文研究了含混合气泡液体中声波的共振传播,混合气泡是指液体中包含多种静态半径不同的气泡.结果显示:在这种系统中存在声波共振传播的抑制效应,即与含单一种类气泡的系统相比,在含混合气泡的系统中声波的共振衰减和共振声速会明显变小.对于两种气泡混合、多种气泡混合以及气泡满足某种连续分布的系统,研究了抑制效应的本质和主要特征,此外还探究了黏性和空化率等对抑制效应的影响.本文的研究结果是对该领域现有知识的必要补充.

关键词：混合气泡声空化衰减系数线性声波

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仿体中超声空化效应的B超图像处理

声学技术 2013年第S1期32卷 155-156页

作者：陈楚怡屠娟章东南京大学教育部近代声学重点实验室南京江苏210093

0引言使用高强度聚焦超声(HIFU)照射组织,将产生声空化现象。在声空化过程中,声场能量于空化气泡内高度集中,当能量积累到一定阈值后,空化气泡瞬间崩溃。在气泡崩溃的瞬间能量会释放出来,形成局部的高温、高压、强冲击波等极端物理现象... 详细信息

0引言使用高强度聚焦超声(HIFU)照射组织,将产生声空化现象。在声空化过程中,声场能量于空化气泡内高度集中,当能量积累到一定阈值后,空化气泡瞬间崩溃。在气泡崩溃的瞬间能量会释放出来,形成局部的高温、高压、强冲击波等极端物理现象[1]。这将使周围的组织细胞遭到损伤。因此,对HIFU空化的监控显得尤其重要[2]。本文主要研究不同脉冲宽度的高强度聚焦超声(HIFU)在体外仿体中引起的空化气泡群面积随时间的变化。从而实现对HIFU空化的实时监控。

关键词：空化气泡声空化图像处理高强度聚焦超声 B超图像能量积累物理现象实时监控 pixel 脉冲宽度