超声场中空泡碎裂位置关系的高速摄影研究

摘要

Rayleigh(1917)提出了液体中静压下球形空泡的球形溃灭理论。然而，在实际工程中，很多空泡并非球形溃灭。当存在压力梯度，空泡会非对称溃灭，在内部形成液体射流。例如，当空泡在硬壁附近溃灭时会在空泡内部形成微射流；当气泡在冲击波作用下压缩时也会在气泡内部形成液体射流。不管是球形溃灭还是非球形溃灭，空泡在溃灭之后都会碎裂。对于球形溃灭，空泡溃灭之后产生一团微泡，在回弹时这团微泡通常又合并成单个空泡。对于非球形溃灭，由于空泡内部存在液体射流空泡回弹之后有时会形成两个或多个空泡。Ohl(2003)研究了气泡在冲击波的作用下产生射流的过程。发现在气泡溃灭的最后阶段，液体射流断裂并释放出微泡。Koch(2003)观察到超声场中空泡抛出微泡过程，指出这种播核过程可能普遍存在Voronin(2005)对气泡变形进行了数值模拟，研究了气泡在声波的作用下产生射流并形成另一个微泡的过程。虽然空泡非球形溃灭分裂的物理过程已经比较清楚，但是两个新空泡之间的位置关系仍有待研究。本文的主要目的是利用高速摄影技术研究在20kHz超声场中空泡溃灭产生的两个新空泡之间的位置关系。