声空化气泡成长及破裂研究

摘要

超声空化是指向液体中辐射超声波时，在一定的声场条件下液体中的微小气泡随着声压变化，经历脉动、振荡、收缩、崩溃破灭的现象。声空化现象是一个非常复杂的过程，它引发许多物理、化学效应，如破坏生物组织、加快化学反应速率、产生声致发光现象等。因此，超声场下空化气泡的形成以运动的研究具有十分重要的理论基础和实际意义。
　　 本文对液体内的声空化气泡的生长和破裂过程进行数值计算，得到各种情况下声空化泡的运动情况。通过对不同气泡初始半径、不同声场频率下声空化气泡运动的计算，得到空化泡半径小于共振半径可以增强声空化效应，而单一的增加声场的频率并不一定能加强声空化效果。通过计算得到液体的粘度和表面张力虽然对声空化气泡的生长影响不大，但随着粘度和表面张力增大，气泡的最大半径和最高温度均降低。为了研究气体种类对空化气泡运动的影响，对三种情况进行计算，得出值越大，声空化气泡的空化效果最好。因此，在实际实验操作中选用单原子气体比双原子气体的空化效果好。分别对两种情况进行了对比计算，以考查不同声场声压幅值对声空化气泡运动的影响。计算发现只有当时候，才能发生空化气泡的完全崩溃，并且不能无限的提高的值，过大会造成空化泡无法在一个周期内完成崩溃。研究发现信号种类对声空化泡的成长-破裂过程也有一定的影响，对各种信号下的情况进行计算发现，方波信号激励下的气泡生成半径最大，三角波激励下的气泡生长最小。
　　 本文通过数值计算的结果，提出了增强空化效应的措施。在实际操作中，可采用降低环境温度，选用单原子气体以及提高声场声压幅值等来增强空化效应。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

1 绪论

2 空化泡相关理论及研究方法

3 正弦信号下空化泡运动分析

4 不同声信号下空化泡运动分析

5 空化气泡崩溃温度和压强分析

6 结论

致 谢

参考文献

附 录