基于超声悬浮的液滴非接触操控及其动力学
发布时间：2021-11-10 14:39
超声悬浮是利用超声波的非线性效应产生声辐射力实现物体悬浮的独特技术.由于避免了与固体表面的接触,声悬浮技术特别适用于对液体样品的无容器操纵,被广泛应用于液滴动力学研究以及基于液滴的微生化反应与分析.本文简要介绍了声悬浮的基本原理和主要技术,综述了声悬浮液滴动力学的研究现状,包括液滴的平衡形状、振荡、失稳以及内外部流动,讨论了利用声悬浮技术对液滴进行操纵的若干方法.本文还总结了声悬浮技术的主要应用,提出了声悬浮的若干未来研究方向.
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020,50(10)北大核心CSCD
【文章页数】：32 页
【部分图文】：
(网络版彩图)溴气的超声悬浮.(a)稳定声场中低温气体竖直方向的悬浮;(b)声场中低温气体的温度场;(c)低温溴气在水平方向悬浮.图片来源文献[4],已获得使用授权
从式(12)可以看出,采用Gor’kov方法通过计算声场分布便可确定小球的声势能,这为求解任意声场与小球的相互作用提供了便利.在平面驻波情况下,Gor’kov得到小球所受的声辐射力为将悬浮小球近似刚性球处理时,式(13)与King得到的式(11)完全等价.
Andrade和Adamowski[39]用有限元方法计算了声辐射压,并分别与直接计算和Gov’kov势法计算的声辐射压结果相比较,得出当悬浮小球的半径达到声波长的10%时,用Gor’kov势法计算的声辐射压值结果明显偏离实际值.因此,Gor’kov势法只适用于悬浮物的尺寸远小于声波长的情况.另外,以往的研究多是针对声场中的球形物体,尤其是Gor’kov的理论中得到的Gor’kov势只适用于声场中的球形物体.近些年,研究者对其他形状物体所受的声辐射力进行了深入研究,Mitri[4 0]利用有限波列展开法研究了声驻波场中椭圆柱体所受的声辐射力与其尺寸的关系,理论计算表明,椭圆柱体所受的声辐射力随着其尺寸的增大而增大.2.3 声场的计算与测量
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nonlinear dynamics and manipulation of dripping in capillary flow focusing[J]. Kai Mu,Ting Si,Hang Ding. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(12)
[2]Wide bandwidth acoustic transmission via coiled-up metamaterial with impedance matching layers[J]. Xiao Jia,Yang Li,Yinghao Zhou,Minghui Hong,Ming Yan. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(06)
[3]Dynamic Superposition and Levitation Capability of Two Confronting Ultrasonic Waves[J]. 闫娜,邸文丽,洪振宇,解文军,魏炳波. Chinese Physics Letters. 2019(03)
[4]移动接触线的物理力学研究[J]. 袁泉子,沈文豪,赵亚溥. 力学进展. 2016(00)
[5]微流控器件中的多相流动[J]. 陈晓东,胡国庆. 力学进展. 2015(00)
[6]阶梯型变幅杆圆弧过渡动力学分析[J]. 曾凡凡,王时英,吕明. 机械设计与制造. 2012(10)
[7]两个硬边界附近的声流的数值计算(英文)[J]. 张颖,刘晓宙,龚秀芬. 南京大学学报(自然科学版). 2012(05)
[8]声悬浮条件下黏性液滴的扇谐振荡规律研究[J]. 邵学鹏,解文军. 物理学报. 2012(13)
[9]静态声空化泡内外的质量交换[J]. 苟杰,陈伟中. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(03)
[10]声悬浮条件下环己烷液滴的蒸发凝固[J]. 杜人君,解文军. 物理学报. 2011(11)
本文编号：3487454
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020,50(10)北大核心CSCD
【文章页数】：32 页
【部分图文】：
(网络版彩图)溴气的超声悬浮.(a)稳定声场中低温气体竖直方向的悬浮;(b)声场中低温气体的温度场;(c)低温溴气在水平方向悬浮.图片来源文献[4],已获得使用授权
从式(12)可以看出,采用Gor’kov方法通过计算声场分布便可确定小球的声势能,这为求解任意声场与小球的相互作用提供了便利.在平面驻波情况下,Gor’kov得到小球所受的声辐射力为将悬浮小球近似刚性球处理时,式(13)与King得到的式(11)完全等价.
Andrade和Adamowski[39]用有限元方法计算了声辐射压,并分别与直接计算和Gov’kov势法计算的声辐射压结果相比较,得出当悬浮小球的半径达到声波长的10%时,用Gor’kov势法计算的声辐射压值结果明显偏离实际值.因此,Gor’kov势法只适用于悬浮物的尺寸远小于声波长的情况.另外,以往的研究多是针对声场中的球形物体,尤其是Gor’kov的理论中得到的Gor’kov势只适用于声场中的球形物体.近些年,研究者对其他形状物体所受的声辐射力进行了深入研究,Mitri[4 0]利用有限波列展开法研究了声驻波场中椭圆柱体所受的声辐射力与其尺寸的关系,理论计算表明,椭圆柱体所受的声辐射力随着其尺寸的增大而增大.2.3 声场的计算与测量
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nonlinear dynamics and manipulation of dripping in capillary flow focusing[J]. Kai Mu,Ting Si,Hang Ding. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(12)
[2]Wide bandwidth acoustic transmission via coiled-up metamaterial with impedance matching layers[J]. Xiao Jia,Yang Li,Yinghao Zhou,Minghui Hong,Ming Yan. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(06)
[3]Dynamic Superposition and Levitation Capability of Two Confronting Ultrasonic Waves[J]. 闫娜,邸文丽,洪振宇,解文军,魏炳波. Chinese Physics Letters. 2019(03)
[4]移动接触线的物理力学研究[J]. 袁泉子,沈文豪,赵亚溥. 力学进展. 2016(00)
[5]微流控器件中的多相流动[J]. 陈晓东,胡国庆. 力学进展. 2015(00)
[6]阶梯型变幅杆圆弧过渡动力学分析[J]. 曾凡凡,王时英,吕明. 机械设计与制造. 2012(10)
[7]两个硬边界附近的声流的数值计算(英文)[J]. 张颖,刘晓宙,龚秀芬. 南京大学学报(自然科学版). 2012(05)
[8]声悬浮条件下黏性液滴的扇谐振荡规律研究[J]. 邵学鹏,解文军. 物理学报. 2012(13)
[9]静态声空化泡内外的质量交换[J]. 苟杰,陈伟中. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(03)
[10]声悬浮条件下环己烷液滴的蒸发凝固[J]. 杜人君,解文军. 物理学报. 2011(11)
本文编号：3487454
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