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物理学报 2021年第18期70卷 189-196页

作者：吴学由梁金福贵州师范大学物理与电子科学学院贵阳550025

基于摄动理论和广义伯努利方程,推导出单气泡在超声场中径向振动方程、平移方程和气泡形变方程.数值计算这3个方程,可以得到气泡半径、气泡中心的位移和气泡形变随时间的演化图.计算结果表明:当气泡初始半径和驱动声压不变时,气泡中心... 详细信息

基于摄动理论和广义伯努利方程,推导出单气泡在超声场中径向振动方程、平移方程和气泡形变方程.数值计算这3个方程,可以得到气泡半径、气泡中心的位移和气泡形变随时间的演化图.计算结果表明:当气泡初始半径和驱动声压不变时,气泡中心初始平移速度增大,气泡径向振动几乎不变,但气泡中心位移和形变量增大,气泡非球形振动愈加明显.当初始平移速度比较小时,气泡的R_(0)-p_(a)相图中,不稳定区域仅集中在高驱动声压区域.随着气泡中心初始平移速度不断增大,半径和驱动声压均较小的区域开始呈现不稳定性,且整体不稳定空间范围逐渐增大.另外,气泡在声驻波场中不同位置呈现出不同的振动特征.离波腹点越近的气泡,其径向振动幅度越大,但气泡的平移和形变量变化很小,R_(0)-p_(a)相图中不稳定性区域平面分数之间的误差小于4%.

关键词：空化泡平移非球形振动非稳定性

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声空化泡动力学的研究

声空化泡动力学的研究

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作者：吴学由贵州师范大学

学位级别：硕士

声空化是指超声波在液体中传播时,液体里原有的微小气泡(即空化核,也称为液体内部的缺陷)成长为肉眼可见、微米量级气泡的现象,形成的气泡叫做声空化泡,简称空化泡。空化泡在超声作用下,其径向运动表现出先缓慢膨胀,然后急剧塌缩,最后... 详细信息

声空化是指超声波在液体中传播时,液体里原有的微小气泡(即空化核,也称为液体内部的缺陷)成长为肉眼可见、微米量级气泡的现象,形成的气泡叫做声空化泡,简称空化泡。空化泡在超声作用下,其径向运动表现出先缓慢膨胀,然后急剧塌缩,最后反弹的非线性特征。空化泡在急剧塌缩过程中,其内部会产生极端的高温高压,导致空化泡内部的原子、分子或离子受激发而辐射光的现象,即声致发光。本论文主要介绍空化泡动力学的理论研究和初步的实验研究。具体对单、双空化泡开展了理论建模和数值分析;利用超声悬浮技术,在球形声谐振腔中开展单、双空化泡动力学的初步观测研究,获得了部分实验参数。首先,超声作用下单气泡的动力学模型。运用流体力学理论和摄动理论建立单空化泡含脉动、平移和形变的耦合模型,推导出超声场中单气泡的径向振动方程、平移方程和形变方程。数值计算这三个方程,得到气泡半径,气泡中心位移和气泡表面形变随时间的演化关系。结果表明:(1)当气泡初始半径和驱动声压不变时,气泡中心初始平移速度增大,气泡径向振动几乎不变,气泡中心位移和形变增大,气泡非球形振动更加明显。(2)当初始平移速度较小时,气泡的-(6)相图中,不稳定区域集中在高驱动声压区域;随着气泡中心初始平移速度的增大,气泡半径和驱动声压均在较小区域呈现稳定性,且不稳定空间范围随初始平移速度的增大逐渐增大。(3)气泡在声驻波场中不同位置处呈现不同振动幅度的特征,离波腹点越近的气泡,其径向振动幅度越大,但气泡的平移和形变量变化越小。其次,超声作用下双气泡的动力学模型。基于势流理论和微扰理论,建立了双空化泡含脉动、平移和形变的耦合模型,推导出超声场中双气泡的径向振动、平移和形变方程。基于这些方程,研究了双气泡的初始平移速度对其径向脉动、平移、形变、振动及稳定性的影响。结果表明:双气泡的径向半径、中心平移位移和表面形变表现出周期性特征。随着初始平移速度的增加,双气泡振动周期减小;当初始平移速度达到3m/s时,双气泡在-相图中处于完全不稳定区域。第三,单、双空化泡的实验研究。基于超声悬浮技术,在球形声谐振腔中,通过控制超声频率、声压幅度和液体含气量,观测单、双空化泡的动力学行为,获得相应的参数空间。

关键词：空化泡动力学非球形振动非稳定性 Bjerknes力

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