超声场中空化气泡运动与融合的理论分析和试验研究

《超声场中空化气泡运动与融合的理论分析和试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据博士学位论文超声场中空化气泡运动与融合的理论分析和试验研究作者：焦俊杰指导教师：何勇教授南京理工大学2014年9月万方数据Ph．D．DissertationTheexperimentalstudyandtheoreticalanalysisofcavitationbubblemovementandcoalescenceinultrasoundfieldBy⋯1■r●JuniteJiaoSupervised协Proj。YongHeNanjingUniversityofScience&TechnologySeptember

2、，2014万方数据声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：2D睁年J侗J日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关

3、规定和程序处理。研究生签名：／{塞，j茎盘：加膨年JJ月J日万方数据憾士学位论文超声场中宅化气泡运动与融合的理论分析和试验研究摘要尾流自导鱼雷具有很好的抗干扰能力和较高的导引精度，命中率高，毁伤效果好。但是目前对尾流自导鱼雷缺乏有效的防御措施，发展尾流自导鱼雷防御技术迫在眉睫。在现有的防御尾流自导鱼雷的方法中，有一种消隐舰船尾流的方法，它以超声场中气泡的运动和融合作为基本理论基础，即利用超声能量使舰船尾流中气泡的大小、分布和密度发生改变，从而达到消除或者减少尾流自导鱼雷对舰船尾流可探性测特征的目的。本文在此基础上，采用试验研究

4、、理论分析和数值模拟相结合的方法，围绕超声作用下气泡的运动，不同参数对气泡之间的次Bjerknes力的影响，以及超声场中气泡的融合理论进行研究，具体内容包括：l、当超声频率为22．4kHz，超声声压为10kPa．40kPa时，对气泡在超声场中的运动进行了试验研究。结果表明当气泡相距较远时，气泡之间的相对位置变化比较小；当气泡相距较近时，气泡之间的相对位置变化比较大。用两个气泡之间的相对加速度间接衡量气泡之间的次Bjerkl'leS力，得到气泡之间的次B．ierknes力有一个作用距离阈值，即当气泡之间的距离小于一定程度时，气泡

5、之间的次Bjerknes力才会发挥作用，而且当两个气泡的半径都小于共振频率半径时，气泡之间的作用距离阈值会随着超声声压的增大而增大。对两个气泡在不同频率20kHz．100kHz作用下的运动做了试验研究，结果表明：在不同的超声频率下，气泡的运动明显不同，频率比较高时，气泡之间的相对位置变化比较大，并且气泡的运动与两个气泡的半径和气泡之间的相对距离密切相关。对在超声声压为10kPa一120kPa，超声频率为20kHz．100kHz时，气泡融合的试验研究表明：在超声声压为30kPa时，气泡接触以后的形状和气泡之间的薄膜间隙变化不明显

6、，而在超声声压为120kPa时，气泡的形状变化特别明显，尤其是可以明显的观察到气泡之间薄膜间隙的变化。另外，在超声频率比较低时，气泡接触以后，气泡之间相对位置几乎不发生变化，但是在高频率时，气泡之间相对位置会围绕两个气泡的中，tl,而发生旋转。2、采用耦合的气泡振动和移动方程对超声场中气泡的运动进行了数值模拟，得到两个气泡在超声场中的运动轨迹，并对气泡运动过程中所受的力进行了分析。当气泡之间的距离比较远时，浮力和主Bierknes力占主导作用；当气泡之间的距离比较小时，次Bjerknes力将发挥比较大的作用。研究了超声声压、超

7、声频率、气泡的初始半径以及气泡之间的距离对气泡之间的次Bierknes力的影响。当两个气泡的半径都小于或者都大于共振频率半径时，气泡之间的次Bjerknes力随着声压的增大而增大；当两个气泡的半径处于共振频率半径之间时，气泡之间的力为排斥力，并且也随着声压的增大而增大：当两个气泡的半径在共振频率半径2_N，并且更接近于共振频率半径时，气泡之间的力在声压比较小时为吸引力，随着声压的增大变为排斥力。而超声频率、气泡的初始半径和T万方数据摘要博士学位论文气泡之间的距离对两个气泡之间的次Bjerknes力的影响没有明显的趋势，同时对上

8、述因素对气泡之间的次Bjerknes力进行理论分析，结果表明上述因素主要通过影响气泡之间的振动相位和振动幅度而引起气泡之间的作用力的变化。3、对不同超声声压10kPa一100kPa和不同超声频率20kHz-100kHz作用下从试验中得到的气泡融合时间与在没有超声作用下理论计算