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《超声场中双气泡非线性动力学参数》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、中国科学:物理学力学天文学2013年第43卷第3期:249–256《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAPhysica,Mechanica&Astronomicaphys.scichina.comSCIENCECHINAPRESS论文超声场中双气泡非线性动力学参数①*②①张鹏利,林书玉,张涛①西安科技大学理学院,西安710054;②陕西师范大学应用声学研究,西安710062*联系人,E-mail:zhangpl1983@163.com收稿日期:2012-01-04;接受日期:2012-11-23;网络出版日期:2013-0
2、2-20陕西省自然科学基金(编号:2009JQ1005)和西安科技大学培育基金(编号:2010044)资助项目摘要从气泡动力学出发,建立了双气泡在外加声场作用下的运动方程,对气泡间的相互作用力进行了研究.研究结果表明:考虑到气泡之间相互作用后,气泡的运动方程、谐振频率、谐振时半径的变化情况明显与单个气泡不同,这些参数不只与气泡各自的初始半径,外加声压强度,液体的黏滞性等因素有关,还与它们之间距离和相对另一气泡的初始半径有关.研究发现:气泡的谐振频率与它们之间距离有关,随着气泡之间距离的增大,其谐振频率在不断减小.但当它们之间的距离
3、增大到某一值时,其谐振频率趋于一定值.这也可以理解为当气泡相对较远时它们之间的相互作用对其影响可以忽略,此时的谐振频率即为单泡的谐振频率.对于谐振时它们的半径变化而言,两气泡之间的作用是相互抑制的,但气泡的初始半径的不同,这种抑制作用的强、弱不同.气泡初始半径相同的气泡,相互抑制作用较弱,数值计算表现出半径相同时其谐振半径的变化幅度要大于半径不同时的结果.关键词气泡,超声,谐振频率,气泡半径PACS:43.25.+y,43.50.+y,47.55.dd,47.55.drdoi:10.1360/132012-81引言于其难度大而导致
4、还存在许多未解之迷.目前对单气泡的研究已非常深入.而实际液体中的空泡总是以空超声空化是指液体中的微小泡核在超声波作用[4]泡云的形式存在.双泡显然是研究空化云现象的一下被激活,表现为气泡的振荡、生长、收缩及崩溃等个重要的切入点,因此弄清楚双泡的振动和气泡的内[1–3]一系列动力学过程.在液体中空化泡在崩溃时产[5–7]部的机制也是具有积极意义的.在液体中,气泡与生的高温高压对物体产生很大破坏,因此可用于工业气泡之间有一定距离,而它们之间的相互作用力是通清洗、切割和钻探等.空化泡可因声波而产生,发展和过“场”施加到对方身上的,因此可
5、以认为在每一个气破碎,产生高温、高压、强噪声.空化气泡的运动学和泡周围存在一个力场,力场的强度与气泡的振动变化动力学研究是声学和流体力学中的热门课题之一,由有关.为了使研究逐步接近实际的情形,研究者们开引用格式:张鹏利,林书玉,张涛.超声场中双气泡非线性动力学参数.中国科学:物理学力学天文学,2013,43:249–256ZhangPL,LinlSY,ZhangT.Ultrasonicfieldparametersofnonlineardynamicsofdouble-bubble(inChinese).SciSin-PhysMe
6、chAstron,2013,43:249–256,doi:10.1360/132012-8张鹏利等:超声场中双气泡非线性动力学参数始考虑双泡问题.1971年Shima首次对双泡问题进行叠加.那么就有;,而空泡1周围(,)RtR(,)12tR(,)t讨论,给其他学者研究双泡问题提供了方法上的参考.的速度势,和空泡2周围的速度势分别为[7](,)R1t(,)R2t蒲中奇等人研究发现两气泡之间的距离影响空化泡22[8]RRddRR溃灭的最小半径和溃灭时间,梁柱等人研究了多相11,.22(2)(,)Rt12(,)Rt
7、rt2drt2d流中双泡运动规律,通过数值计算分析了空化泡之间12以及固体颗粒与空化泡之间的相互关系.式中R1,R2为任意时刻两气泡的半径,r1,r2为从气泡截至目前为止,对单泡的动力学问题研究已经中心计起的径向距离.由这两式可以得到双空泡的比较深入[3–6].而对于双泡的研究则相对较为薄弱.运动方程.考虑含气量,液体黏性及表面张力等因素由于双泡之间的相互作用,使问题变得复杂,一般是并假定流体不可压缩,得到两空泡的运动方程为2222根据速度势叠加来推导双泡的动力学方程,进而进ddRRRRR3dd11222RR
8、2一步分析液体特性与空化特性之间的关系,而在双1222ddtt2dtLdt泡问题的研究中,考虑有外加声场的情况就更少.本312R文从双空化泡的模型出发,建立了双气泡的运动方pPP10vg10程,并对
