气泡对声传播影响的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2o08年2月陕西教育学院学报Feb．2o08第24卷第1期JournalofShaanxiInstituteofEducationV01．24No．1气泡对声传播影响的研究色文苇(陕西教育学院数理工程系，陕西西安710061)摘要：以气泡壁处声压和径向振动速度为边界条件，研究气泡对声传播的影响；给出了含气泡介质内声速的表达式，得到了声速随气泡体积分数及声波频率的变化图。表明：声波频率一定时，声速随着气泡体积分数增大而减小；气泡体积分数一定时，频率增大对声速的影响较小。关键词：声速；气泡体积

2、分数；频率中图分类号：0427．4文献标识码：A文章编号：1008—598X(2008)01—0107一o3液体中溶入气体及空化过程中产生的气泡，会改变液体内的压力分布-】】，从而使液体的声学特性发生改变。国际上一直在研究利用含气泡水具有的强声色散等特性对海洋进行实时监控，以便实现远距离气象预测；近来二次谐波对血流进行超声多普勒成像的利用，使含气泡水的声学特性研究再度成为令人瞩目的热点。高永慧-2】等人利用超声检测中的穿透法等，测量了气一水混相介质中的声速比值和声透射损失；赵晓亮[】等人发展了一系列计算声波在含气泡水中的传播特性和该介质非

3、线性参数的解析公式；IcⅫ1aIla[】等人研究了声波在高粘度两相介质中的传播。本文拟以气泡壁处声压、径向振动速度为边界条件，研究气泡对声传播的影响。1气泡存在时声传播的基本理论设有平面波在液体介质中沿z轴方向传播，其声压表示为-7】P=Poel(“一k)=POe'：(“一b。。)(1)为了能将平面入射波与圆球散射波在形式上相比较，我们把式(1)用勒让德多项式展开P=0(2z+1)(一)(oosO)jt(kr)e(2)由于气泡的存在，使液体介质中除了原来的声波外，还会出现一列从圆球向四周散射的散射波，进而在介质中产生散射声场。圆球辐射的声

4、压可表示为Ps=0芝(2z+1)(一)(oosO)Atht(kr)e(3)其中A为待定常数，表示散射声压振幅与入射声压振幅的比值。气泡本身也是一种弹性体，可看成一流体弹性球，其内部含有气体或水蒸汽，因而也可以写出气泡内部的声压Pb=P0∑(2z+1)(一)(o~sO)Bdf(kbr)e(4)其中为待定常数，表示气泡内声压振幅与入射声压振幅之比值，忌占为气泡内声波波数。2气泡对声波的散射幅度对于半径为n的气泡，在气泡球面上应有如下边界条件。，】P。+=一+(5)收稿日期：2o07—10—12基金项目：陕西教育学院科研基金项目(07l

5、Q)作者简介：姚文苇(1981一)，女，山东临沂人，陕西教育学院数理工程系助教，理学硕士。107维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com相等，但它能大致反映声速随气泡体积分数变化的基本趋势。V着V艘板瑙韫气泡体积分数×1O图1声速随气泡体积分数的变化图2声速随声波频率的变化图2是所含气泡体积分数时口=10一时，声速随声波频率的变化图，曲线1为气泡半径a=0．8×10—5m，曲线2为a=0．8×10m0在以上曲线中，声速几乎不随频率变化；由此可知，考虑气泡存在时，声波频率增大对声速影响

6、很小，几乎可以忽略。比较图1与图2可以看出，介质中声速主要受气泡体积分数的影响。4结论本文用球贝塞尔函数将声压展开，以气泡壁处声压及径向振动速度为边界条件，研究了气泡对声速的影响。得到了声速随气泡体积分数及声波频率的变化图。由图可知，声波频率一定时，声速随着气泡体积分数增大而较快减小；气泡体积分数一定时，频率的改变对声速影响不大；声波频率对声速的影响与气泡体积分数相比可以忽略。本文对含气泡液体内的声传播的理论研究，可以为超声空化的进一步深入研究及广泛应用提供理论依据。[参考文献][1]刘海军，安宇．空化单气泡外围压强分布[J]．物理学报，

7、2004，53(5)：1406—1411．[2]高永慧．用声透射损失测气一水混相介质中的含气量[J]．应用声学，1999，18(1)：32—35．[3]高永慧．用超声波测气一水混相介质中的含气量[J]．工科物理，1998，8(1)：30—33．[4]高永慧，吴小薇，沈本善．用声学方法测量气液混相物质中的含气量[J]．石油大学学报(自然科学版)，1999，23(1)：108一iii．[5]赵晓亮，朱哲民，周林，等．含气泡液体中声传播的解析解及其强非线性声特性[J]．应用声学，1999，18(6)：18—23．[6]ICHIHARAM，KAM

8、EDAM．Propagationofacousticwavesinvisco—elastictwo—phasesystem：influences0ftheliquidvis．codtyandt