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云南大学学报（自然科学版） 2024年第1期46卷 67-73页

作者：李娜宁夏医科大学医学信息与工程学院宁夏银川750004

利用Keller-Miksis方程,计算了初始半径分别为2、5μm的耦合气泡在非单频声场中气泡半径、次bjerknes力的变化规律.计算结果表明,非单频驱动声场中耦合双泡的半径、次bjerknes力与驱动声压幅值、声压幅值之比、驱动频率有关.当声压幅值... 详细信息

利用Keller-Miksis方程,计算了初始半径分别为2、5μm的耦合气泡在非单频声场中气泡半径、次bjerknes力的变化规律.计算结果表明,非单频驱动声场中耦合双泡的半径、次bjerknes力与驱动声压幅值、声压幅值之比、驱动频率有关.当声压幅值比、驱动频率一定时,驱动声压越大,最大膨胀半径越大、次bjerknes力越大;驱动声压、驱动频率一定时,声压幅值比越大,最大膨胀半径越大、次bjerknes力越大;当驱动声压的振幅、声压幅值比一定时,驱动频率越大,最大膨胀半径越小、次bjerknes力越小.

关键词：非单频驱动耦合双泡最大膨胀半径次bjerknes力

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不同惰性气体对声致发光的影响研究

不同惰性气体对声致发光的影响研究

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作者：王德鑫内蒙古民族大学

学位级别：硕士

本论文针对不同惰性气体对声致发光的影响问题,用数值模拟方法分别研究了磷酸溶液中溶有不同惰性气体的多泡声致发光特性并分析了不同惰性气体对声致发光的影响。同时对溶有不同惰性气体的磷酸溶液中多泡声致发光的光谱进行了测量。首... 详细信息

本论文针对不同惰性气体对声致发光的影响问题,用数值模拟方法分别研究了磷酸溶液中溶有不同惰性气体的多泡声致发光特性并分析了不同惰性气体对声致发光的影响。同时对溶有不同惰性气体的磷酸溶液中多泡声致发光的光谱进行了测量。首先通过应用空化气泡壁的动力学R-P方程、气体的van der waals方程以及韧致辐射方程对单泡声致发光过程中,气泡的半径、内部温度和辐射光强进行了数值模拟。结果表明随着不同惰性气体分子质量的增加,声致发光气泡内部温度也随之升高,并且辐射出的光强也有非常明显的增强,不过气泡膨胀的最大半径并没有明显的变化。接下来,在单泡模型的基础上我们考虑双泡间的相互作用,得到了次bjerknes力的表达式,并通过双泡动力学方程对耦合双泡声空化时的气泡半径、内部温度以及次bjerknes力的变化进行了分析。研究认为:当双泡大小不同时,由于较大的气泡辐射压力波相对于小气泡的作用较强,因此较小气泡受到的影响比较大,其内部温度的变化情况也比较高。当耦合双泡大小相同时,双泡间的次bjerknes力均为负值,表明耦合双泡在振荡过程中是相互吸引的,并且在一个振动周期内次bjerknes力有两次径向振荡。随着双泡间距离的增加,双泡之间的相互作用减弱,所以双泡间次bjerknes力逐渐减小,双泡膨胀的最大半径逐渐增大,并且双泡内部温度也随之增加。如果双泡间距足够大,则双泡间次bjerknes力就可以忽略不计,此时可将双泡模型简化为单泡模型。当双泡内含有不同的惰性气体时,由于溃灭时气泡内气体的多方指数变化快慢的不同导致气泡在之后的回弹阶段表现出明显不同的振荡规律。而在双泡膨胀阶段气体的多方指数几乎不变,所以最大半径的变化没有明显差异。最后我们在浓度为85%的磷酸溶液中溶入了饱和的氩气和氦气,并使用光电倍增管和液氮制冷CCD对溶液中的多泡声致发光现象中辐射出的光谱进行了测量。在溶有氩气的磷酸溶液中观测到了非常明显的氩原子4s-4p组态跃迁的谱线,这是首次在磷酸溶液中测得,是对声致发光等离子模型的实验数据上一个补充。另外在溶有氦气的磷酸溶液中,观测到了OH离子的谱线,这与国外suslick小组所得到的结果是一致的。在两次测量的光谱数据中,均发现590nm左右出现一个分立谱,通过对光谱数据的分析认为这是氩气和氦气的原子辐射谱线。

关键词：惰性气体声致发光次bjerknes力光谱

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自由域和近固壁双空泡溃灭特性的数值研究

自由域和近固壁双空泡溃灭特性的数值研究

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作者：刘熙章大连海事大学

学位级别：硕士

空泡溃灭过程中会产生在时间和空间上高度集中的微射流和冲击波,二者往往具有高温、高压等物理特性,常被视作是流体动力的扰动源、材料的剥蚀源、噪声的辐射源、振动的激励源,严重影响水力机械的工作稳定性和使用寿命。自然界以及工程... 详细信息

空泡溃灭过程中会产生在时间和空间上高度集中的微射流和冲击波,二者往往具有高温、高压等物理特性,常被视作是流体动力的扰动源、材料的剥蚀源、噪声的辐射源、振动的激励源,严重影响水力机械的工作稳定性和使用寿命。自然界以及工程领域发生的空化现象往往是以空泡群形式存在,并非以单个孤立空泡形式存在。由于空泡与空泡、空泡与邻近边界之间会产生相互影响、相互干涉和相互耦合,这使得在不同的外界条件下各空泡的动力学特性呈现复杂而多样的特性。本文以双空泡为研究对象,首先考虑自由域内多空泡之间的辐射压力波的作用,推导多空泡动力学方程,分析次bjerknes力对空泡溃灭特性的影响。随后,基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,分别对自由域内和近刚性固壁附近的双空泡溃灭特性进行数值研究,获得气体体积分数(Vapor Volume Fraction,VVF)、流场压力和速度等流场物理量,捕捉空泡溃灭过程的形态演变,分析双空泡溃灭的动力学特性,揭示邻近空泡和刚性壁面对空泡溃灭特性的影响。在Rayleigh-Plesset-Keller-Miksis模型的基础上,推导出在次bjerknes力作用下多空泡的动力学方程。通过数值求解,解析出次bjerknes力和空泡间瞬时作用力的变化规律以及其值对双空泡溃灭过程的影响。计算结果表明,对于等大、同相位双空泡系统,在一个溃灭周期内,双空泡间的次bjerknes力为负值,表现为吸引力作用,推动空泡相互靠近。次bjerknes力与初始泡径R的平方呈线性正相关,与泡-泡距离参数D呈负相关。当D增大到20.0时,空泡间的次bjerknes力作用可以忽略。对于不等大双空泡系统,在大空泡的一个溃灭周期内,小空泡对大空泡的作用力表现为吸引和排斥交替进行。小空泡的体积每振荡一次,在其溃灭末期和反弹初期会对大空泡产生一个较大的排斥力。小空泡对大空泡的瞬时作用力对大空泡初始尺寸很敏感。采用VOF(Volume of Fluid)多相流模型,考虑液体粘性、空泡表面张力和气体可压缩性,数值模拟不同D条件下自由域等大双空泡的溃灭过程。研究发现,双空泡的溃灭行为关于对称中心镜像对称。在1.0次。当D>3.0后,对向射流的撞击效应变得很微弱。当D>10.0时,空泡间的影响不会产生射流。在D=γ(空泡-壁面间距离参数)工况下,自由域双空泡与近固壁单空泡二者表现出极为相似的溃灭动力学特性。对近固壁双空泡溃灭过程进行数值模拟,探讨D和γ对双空泡溃灭特性的影响。当D=γ时,射流方向与壁面法向呈45°夹角,空泡溃灭形态演变关于射流对称。当D≠γ时,空泡发生非对称形态演变。对于D和γ的数值互换的两种工况下,空泡溃灭行为展现出关于镜像对称。其镜像对称轴与固壁法线呈45°夹角。两种工况下的流场压力、速度等分布均互为镜像对称,溃灭时间和射流速度基本相同。当D/γ>1.73时,相对邻近空泡,刚性壁面对空泡溃灭动力学的影响起主导作用。当D/γ力学特性的决定因素。当0.56力学特性受到邻近空泡和刚性壁面的综合影响。

关键词：次bjerknes力 VOF模型空泡溃灭微射流无量纲距离参数

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