群振动气泡的非线性声响应及空化分析

摘要

在多泡系统中考虑了气泡间次级声辐射和群振动引起的边界振动,进而得到群振动气泡动力学方程。通过逐级近似法对群振动气泡动力学方程进行了非线性分析,得到了二分频和三分频分振动幅值随频率和基频振动幅值变化关系。并基于分频振动产生条件进行了数值分析,发现稳态空化阈值相对较低,且三分频振动只存在于大于三倍气泡共振频率的区间内。利用空化气泡崩溃辐射声强表征空化强度,分析了群振动气泡相关的惯性空化特征,数值分析结果表明:对初始半径相同的气泡,惯性空化气泡能量转换能力要高3个数量级以上,气泡初始半径在3~10μm区域声响应和能量转换能力较强;低频区声波作用下空化气泡的惯性空化阈值约为1 atm(1 atm=101325 Pa);对空化气泡分布区内的气泡,初始半径越大,惯性空化阈值越低。在一定的声作用环境下,调控驱动声波频率和强度可实现空化区域内空化强度的有效调控。