气泡在声场作用下的非线性动力学行为理论研究
发布时间：2020-12-05 03:07
由于声空化可以产生显著的机械和化学效应,在生物医学、化学工程等有很多重要的应用。在多个外加声场驱动下,空化效应可以得到增强,例如,声致发光的强度提升、声化学反应器的效率升高、超声成像精度提升。但在多个外加声场的驱动下,气泡很容易表现出混沌振荡等非线性特性,从而影响空化效应在上述领域中的应用。因此,有必要详细揭示气泡在多频声场驱动下的非线性动力学特性。本文研究了双频声场驱动下气泡的非线性特性,以及声波在多分散气泡稀溶液中传播时气泡泡径分布对其影响。本文主要研究了声场强度、能量分配比例和初始相位差等因素对气泡非线性动力学行为的影响。气泡壁面方程基于Keller-Miksis方程进行计算,在MATLAB中使用四阶龙格库塔法求解,并使用时域图、相图、分叉图和Lyapunov指数谱图进行分析。声场强度较低时,气泡一直处于周期振荡,受初始相位差的影响较小。随着声场强度的提高,初始相位差的影响越来越明显,气泡会在特定初始相位差区间内产生倍周期分叉和混沌振荡等非线性现象。对于气泡分布函数对声波传播的影响,本文基于正态分布对气泡尺寸进行拟合,从相速度和能量衰减两方面研究了气泡对声波传播的影响。当气泡分布...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－】液体中球形气泡示意图??
华北电力大学硕士学位论文??差增大到０．５７０７１?（图２－２ｂ）时，气泡的时域图出现细微的变化，气泡半径仍然随??时间出现有规律的周期性变化，但每个周期内气泡半径出现六个极大值；这说明??气泡振荡器随着初始相位差的增大出现了分叉，倍周期分叉是气泡振荡器由周期??振荡发展为混沌振荡的主要途径。图２－２ｃ所示为初始相位差增大到０．５８０７１时的??时域图，此时气泡仍处于周期振荡状态，每个周期内气泡半径极大值为六个，图??２－２ｃ与图２－２ａ的差别相对于图２－２ｂ与图２－２ａ的差别更加明显。当初始相位差增??大到０．７００ＴＴ时，气泡半径随时间的变化有相似但不完全相同的重复，没有固定的??规律，此时气泡已经逐步发展为混沌振荡。??由上述分析｜?｜Ｊ以发现，时域图虽然能很直观的表现出气泡半径随时间的变化??规律，但在判断气泡非线性特性时耑要迎过肉眼观察每幅图的区别
（ｄ）?（／）＝０．７００ｔｉ??图２－３不同初始相位差时气泡振荡的相图??图２－３ｃ，图２－２ａ到图２－２ｃ），由于驱动声场总强度没有发生变化，故而发展过??程中气泡的最大振幅基本没有变化，气泡振荡器的单次分叉不会影响其最大振幅。??图２－３ｄ是气泡混沌振荡的相图，它是一条没有规律的无限长曲线。将图２－３ｄ和??图２－３ａ、２－２ｂ、２－３ｃ可以发现，驱动声场强度一定的情况下，处于混沌振荡状态??的气泡振荡更加剧烈。从图２－２ｄ也可以看出，此时气泡的最大振幅要高于周期??振荡时的最大振幅。这说明混纯的出现可以比较显著地改变气泡振荡器的能量分??布情况。在一定情况下将其加以利用可以提高声化学反应器等的效率；在其他情??况下将混沌加以控制，可以更精确地控制和预测气泡的行为。??时域图和相图都能比较直观地展示气泡的振荡特性，但是受其表现形式的限??制，每幅图只能展示一组参数下气泡振荡的相关数据。但有些时候，需要对不同??参数时气泡的运动状态进行统计和对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]Determination of the Minimum Wave Speed for the Modelling of Ventilated Cavitation[J]. 陈婷,张宇宁,杜小泽. Chinese Physics Letters. 2016(11)
[2]Bubble nonlinear dynamics and stimulated scattering process[J]. 时洁,杨德森,时胜国,胡博,张昊阳,胡诗涌. Chinese Physics B. 2016(02)
[3]弹性管中泡群内气泡的非线性声响应[J]. 王成会,程建春. 物理学报. 2014(13)
[4]声波作用下的气泡非线性动力学特性影响因素及功率谱变化规律研究[J]. 杨德森,时洁,时胜国,张昊阳,江薇,靳仕源. 声学学报. 2013(02)
[5]声场中气泡群的动力学特性[J]. 沈壮志,吴胜举. 物理学报. 2012(24)
[6]声场中气泡运动的混沌特性[J]. 沈壮志,林书玉. 物理学报. 2011(10)
[7]超声波作用下气泡的非线性振动[J]. 王成会,林书玉. 力学学报. 2010(06)
[8]超声波声孔效应中气泡动力学的研究[J]. 陈谦,邹欣晔,程建春. 物理学报. 2006(12)
[9]我国非线性声学方面的研究进展[J]. 钱祖文. 物理. 1999(10)
本文编号：2898754
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－】液体中球形气泡示意图??
华北电力大学硕士学位论文??差增大到０．５７０７１?（图２－２ｂ）时，气泡的时域图出现细微的变化，气泡半径仍然随??时间出现有规律的周期性变化，但每个周期内气泡半径出现六个极大值；这说明??气泡振荡器随着初始相位差的增大出现了分叉，倍周期分叉是气泡振荡器由周期??振荡发展为混沌振荡的主要途径。图２－２ｃ所示为初始相位差增大到０．５８０７１时的??时域图，此时气泡仍处于周期振荡状态，每个周期内气泡半径极大值为六个，图??２－２ｃ与图２－２ａ的差别相对于图２－２ｂ与图２－２ａ的差别更加明显。当初始相位差增??大到０．７００ＴＴ时，气泡半径随时间的变化有相似但不完全相同的重复，没有固定的??规律，此时气泡已经逐步发展为混沌振荡。??由上述分析｜?｜Ｊ以发现，时域图虽然能很直观的表现出气泡半径随时间的变化??规律，但在判断气泡非线性特性时耑要迎过肉眼观察每幅图的区别
（ｄ）?（／）＝０．７００ｔｉ??图２－３不同初始相位差时气泡振荡的相图??图２－３ｃ，图２－２ａ到图２－２ｃ），由于驱动声场总强度没有发生变化，故而发展过??程中气泡的最大振幅基本没有变化，气泡振荡器的单次分叉不会影响其最大振幅。??图２－３ｄ是气泡混沌振荡的相图，它是一条没有规律的无限长曲线。将图２－３ｄ和??图２－３ａ、２－２ｂ、２－３ｃ可以发现，驱动声场强度一定的情况下，处于混沌振荡状态??的气泡振荡更加剧烈。从图２－２ｄ也可以看出，此时气泡的最大振幅要高于周期??振荡时的最大振幅。这说明混纯的出现可以比较显著地改变气泡振荡器的能量分??布情况。在一定情况下将其加以利用可以提高声化学反应器等的效率；在其他情??况下将混沌加以控制，可以更精确地控制和预测气泡的行为。??时域图和相图都能比较直观地展示气泡的振荡特性，但是受其表现形式的限??制，每幅图只能展示一组参数下气泡振荡的相关数据。但有些时候，需要对不同??参数时气泡的运动状态进行统计和对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]Determination of the Minimum Wave Speed for the Modelling of Ventilated Cavitation[J]. 陈婷,张宇宁,杜小泽. Chinese Physics Letters. 2016(11)
[2]Bubble nonlinear dynamics and stimulated scattering process[J]. 时洁,杨德森,时胜国,胡博,张昊阳,胡诗涌. Chinese Physics B. 2016(02)
[3]弹性管中泡群内气泡的非线性声响应[J]. 王成会,程建春. 物理学报. 2014(13)
[4]声波作用下的气泡非线性动力学特性影响因素及功率谱变化规律研究[J]. 杨德森,时洁,时胜国,张昊阳,江薇,靳仕源. 声学学报. 2013(02)
[5]声场中气泡群的动力学特性[J]. 沈壮志,吴胜举. 物理学报. 2012(24)
[6]声场中气泡运动的混沌特性[J]. 沈壮志,林书玉. 物理学报. 2011(10)
[7]超声波作用下气泡的非线性振动[J]. 王成会,林书玉. 力学学报. 2010(06)
[8]超声波声孔效应中气泡动力学的研究[J]. 陈谦,邹欣晔,程建春. 物理学报. 2006(12)
[9]我国非线性声学方面的研究进展[J]. 钱祖文. 物理. 1999(10)
本文编号：2898754
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