温度辅助的内聚声场改善空化均匀性

发布时间：2021-04-02 22:58

　　声空化可以激发大量的空化泡。空化泡内形成的高温高压,泡外产生的声微流、冲击波和喷注等可以形成各种物理、化学和生物学效应。利用这些效应,人们可以实现超声清洗、灭活、萃取、治疗等一系列应用。但是,声空化至今没有得以在工业上大规模应用,其主要原因是点声源在非理想液体中传播会面临着声衰减、空间维度引起的衰减。更严重的是,当液体空化后,换能器辐射端面产生的大量的空化泡会阻碍声波的传播,形成空化屏蔽,最终发生空化的范围仅局限在换能器附近。本文从实验出发,研究了水槽中的声场分布,并对测得的数据进行拟合,进而分析出各种衰减对声传播的影响并且得出了衰减系数。在理论上,本文对配置在圆盘外壁的环状声源所激发的声场进行理论建模,通过数值模拟,实现声波内聚抵消声波在传播过程中的衰减,改善空化均匀性。另外,本文也探讨了环状声源内聚能力的有限性,我们认为环状声源内聚能力是有限的,存在一个临界半径,超过这个半径,内聚能力将不足以抵消衰减。最后,在环状声源的基础上,本文提出了调控工作液体的温度差来改变不同位置处的液体的空化阈值,确保在高声压处,液体具有高空化阈值;低声压处,低空化阈值,最终有效地改善了空化场的空间均匀性... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：53 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

空化泡的?

?ｓｉｚｅ?ｃｏｌｌａｐｓｅ??图１．１空化泡的形成、成长和破裂。图片摘自文献［７］。??瞬态声空化和稳态声空化??根据空化泡寿命的长短，声空化可分为瞬态声空化（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）和稳??态声空化（Ｓｔａｂｌｅ?ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）。瞬态声空化指的是空化泡会很快破裂，只做有限次??的脉动。空化泡周围的总声场是驱动声场和其他空化泡发射的次级声场的叠加，??并且其他空化泡发射的次级声场与液体中空化核的位置有关，因此，空化泡周围??的总声场是一个瞬息万变的声场，空化所产生的空化泡也只能是瞬态的，会很快??破裂消失。瞬态声空化形态变化很难测量，但是在气泡缩塌破裂的瞬间，气泡内??部产生局部高温高压脉冲，伴随着冲击波的形成，同时在化学上形成高活性物质??［５

哈佛大学的Ｆ．?Ｇ．?Ｂｌａｋｅ研宂了空化阈值＆和空化核半径４之现液体中的空化核随压力增大而收缩，随压力减少而膨胀。但当值之后，再增加压力空化核并不会再收缩，而是继续增大。这就被激活的过程，如图１．３所示。这个临界点的压力值就是后人称阈值＆?［１５］：??４（７??ｍ＋瓦’?〇＿环境压力，Ａ．是液体饱和蒸气压，＾是液体表面张力系数，尺半径：??Ｋ＝，＇ｏ，ＬＪＬ?Ｐ〇?＋?Ｐ＇．?■?（！－２ｃ７ｒ〇?Ｊ??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3116120