声空化泡动力学及其测量

在评述当前声空化研究领域的最新进展基础上, 报道在声空化泡动力学理论和实验方面的研究结果. 首先, 考虑了实际非球对称声场驱动下的空化泡运动, 提出了一个非球形气泡动力学模型, 数值计算给出一种新的稳定的非球形振荡解. 然后, 设计了双路Mie散射系统, 对空化泡运动的球对称性进行了实验检测, 发现在低声压驱动的大气泡中存在明显的不同方向的非同步振荡. 作为一个推论, 得到了空化泡非球形振荡的证据. 并且完成了非球形振荡和驱动参数、液体参数的相关性测量, 具体参数包括驱动超声的幅度、频率, 液体的表面张力系数、黏度、含气量等. 最后, 介绍了数字移相频闪照明拍摄技术, 实现对稳态声空化泡的直接拍摄测量, 时间分辨率提升到20 ns, 相比已有的200 ns的时间分辨率, 提高了一个量级.     

单双泡空化噪声计算分析

基于由单双泡动力学方程和Lighthill方程创建起来的单双泡空化噪声模型,通过Matlab语言编程计算,分析了水中空化泡的初始半径、双泡间距、声压幅值、超声频率、双频超声等因素对空化噪声的影响.计算及分析结果表明:在相同的初始条件下,单双泡的空化噪声曲线有不同的形态,双泡产生的空化噪声远大于单泡;对于单泡,空化泡的初始半径、声压幅值、超声频率、双频超声对空化噪声均有影响,其中空化泡初始半径和声压幅值的影响最为显著,在双频条件下,两声压分量幅值相等时单泡空化噪声达到最大.对于双泡,初始半径和声压幅值对空化噪声影响很大,而超声频率和双频超声对空化噪声的影响几乎可以忽略.     

声空化强化马铃薯渗透脱水研究

以氯化钠溶液为渗透液，进行超声场强化马铃薯渗透脱水研究，探讨声空化强度、超声场作用时间、浸泡液浓度和切片厚度等因素对马铃薯渗透脱水的影响．结果表明，声空化能够强化马铃薯渗透脱水过程，显著提高物料的脱水率，并且固形物也得到相应增加．声空化除了强化物料渗透脱水外，对大分子还有降解作用．因此，随着超声场作用时间的增加，固形物得率呈下降趋势．此外，传质速率随着溶液浓度的增加或物料厚度的降低而增加．因此得出最佳操作条件为：声空化装置的电流强度为0．7A，超声场作用时间为30min，渗透液质量分数在15％，物料厚度为3．5～4．5mm．     

复频超声的声化学作用

研究了复频超声产生声化学过程的机理和声化学产率,给出了复频超声在介质中相互作用引起空化波动方程的解析解,将复频超声在液体中相互作用产生的散射谱与单频进行比较,证明了复频超声声化学作用优于单频超声。     

新世纪内声空化声致发光的研究进展

介绍了21世纪创始6年来在声致发光方面理论研究和实验研究的国内外进展. 为了对比, 简要介绍了上世纪末的相应研究情况. 声致热核聚变、声(致)化学和声致发光共同以空化气泡内的高温、高压和高密度作为基础, 因此一并简单介绍了本世纪内对前两种声致效应的探讨.     

非线性超声场中医用微泡的空化预测研究

以两种常见医用微泡的实验材料为计算参数,利用修正的Rayleigh-Plesset方程,对粘滞流体中不同半径的医用微泡在非线性超声波驱动下的空化行为进行了数值仿真.结果表明:一定驱动声频下,声压越大,医用微泡的空化概率越大,且向半径减小的方向移动,其空化概率受微泡材料参数影响也较大;同时,声作用周期个数越多,空化概率越大.当声作用周期个数增到一定数量时,其空化概率达到饱和.     

声空化场强化单相对流传热的实验研究

通过实验系统研究了声空化场作用距离、强度、方向和液体温度对水平圆管单相对流换热的强化效果,并就其机理进行了分析.     

超声空化泡溃灭冲击波作用固壁面的实验研究

对抛光后的6061铝进行超声振动空蚀实验,发现当超声振动头与材料表面的距离低于1 mm左右材料表面会有明显的空蚀效果。通过实验研究空蚀时间和超声振幅对材料表面粗糙度以及硬度的影响,发现:材料表面粗糙度和硬度先随着空蚀时间的增加而增大;在一定时间后出现平缓过渡期,这是由于材料表面波峰被空化泡溃灭冲击波作用后坍塌所致;继续增加空蚀时间,材料表面粗糙度和硬度会缓慢增大;材料表面粗糙度和硬度随着超声振幅的增大先增大后减小,在超声振幅为10.8μm左右达到最大空蚀效果。     

研究声空化的频率效应中不容忽视的问题

近年来,在声化学的基础研究中,人们开始重视研究声化学反应中的频率效应。例如,Cum等人用碘释放法,在相同的声强下研究了20kHz,40kHz,60kHz和80kHz超声的频率效应:Petier等人在相同的声功率输出下,研究了20kHz及514kHz超声对水中过氧化氢生成的影响。但上述研究方法均不够严     

空化特性研究进展

空化是液体特有的一种复杂流体动力学现象。从空泡运动方程、理论分析、空化实验、多空泡研究等方面简要介绍了空化特性的国内外研究现状。空泡群的研究将使空化研究更接近于工程实际,空泡群空化规律的深入研究是下一步努力的方向。     

Underwater holmium-laser-pulse-induced complete cavitation bubble movements and acoustic transients

The complete evolution of holmium-laser-pulse-induced cavitation bubble movements and acoustic transients underwater are investigated experimentally. The laser was single fiber-guided and had a 300 mJ pulse energy and 300 μs pulse duration (full width at half-maximum). In our experiments, more than four oscillations and four acoustic transients were demonstrated. 272 μs after laser onset, the cavitation bubbles reached their maximum transverse and longitudinal lengths of 2046 and 1914 μm, respectively. The maximum transverse and longitudinal bubble wall velocities were 28.9 and 39.2 m/s at 560 and 528 μs after laser onset, respectively. This investigation will be helpful to make good use of cavitation effect in medical applications of holmium laser pulses.     

Precise measurement technique for the stable acoustic cavitation bubble

Based on the periodic oscillation of the stable acoustic cavitation bubble, we present a precise measurement technique for the bubble evolution. This technique comprises the lighting engineering of pulsing laser beam whose phase can be digitally shifted, and the long distance microphotographics. We used a laser, an acousto-optic modulator, a pulse generator, and a long distance microscope. The evolution of a levitated bubble can be directly shown by a series of bubble＇s images at different phases. Numerical simulation in the framework of the Rayleigh-Plesset bubble dynamics well supported the experimental result, and the ambient radius of the bubble, an important parameter related to the mass of the gas inside the bubble, was obtained at the same time.     

单泡空化振动系统的动力学数值模拟

根据微气泡的动力学方程,用数值计算的方法,采用改进的初始半径对单泡超声空化现象进行了研究。分析表明：气泡的振动对初始半径这个参量很敏感;气泡崩溃速率随气泡初始半径的增加而增大,在一定范围内能保证空化泡稳定的振动,在初始半径为1.6μm处空化程度最强,如果继续增大初始半径则空化程度减弱甚至消失、同时,将分析结果与前人的实验数据比较,发现在考虑液体的可压缩性以后对单泡最佳空化区域有很大的改进。     

A phenomenological model of mass-exchange between the inside and outside of a cavitation bubble

The mass-exchange between the inside and outside of a cavitation bubble is a complicated process with several kinds of exchange forms acting together, such as gas diffusion, gas-liquid phase transition, chemical reactions and so on. A phenomenological model of mass-exchange was proposed, in which the pressure difference is considered as the drive. Compared with the previous physical models, it has a simpler form and less computational cost. Combining it with Rayleigh-Plesset equation, the equilibrium radius is calculated when the mass-exchange achieves the dynamic balance. The result shows that the equilibrium radius has multiple values. The relationships between the equilibrium radius and the driving ultrasound (pressure amplitude and frequency) are evaluated. We also investigated how these relationships were affected by the model parameters. Finally, the bubble radius evolution in the sulfuric acid driven by different pressures was measured. The experimental result that the equilibrium radius changes with the pressure agrees with the numerical results well. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10434070, 10704037), the Key Project of Chinese Ministry of Education (Grant No. 103078) and the Young Scholar Technological Innovation Projects of Jiangsu Province (Grant No. BK2007569)     

Boiling heat transfer with acoustic cavitation

The effects of acoustic cavitation and nanometer granule on boiling heat transfer of horizontal circular copper tube are investigated experimentally and theoretically using acetone as the working fluid according to the boiling procedure. The results show that heat transfer can be enhanced or weakened by generation of the cavitation bubble or addition of the nanometer granules, respectively. The mechanisms of the effects are analyzed.     

冒泡排序算法在静态链表上的实现

利用静态链表的原理,冒泡排序算法在静态链表上实现时只改变结点的游标,排好序后再利用order优先搜索算法将每个记录移动到相应位置.实验及分析结果表明,记录移动的时间复杂度由O（n2）下降到O（n）,当单个记录需要较大的存储空间时,效率较高.     

热物理模型对空化泡崩溃末期第一次闭合特性的影响

通过理论证明和数值计算,研究了不同的热物理模型对空化泡崩溃末期的各种特性参数的影响。结果指出,随着多方指数γ的增加,合外力功和动能的最大值逐渐降低,泡内最大温度值逐渐增加,最大压力值却是逐渐降低的;在空化泡崩溃闭合点,合外力功、动能以及半径到达最小值,同时温度和压力达到最大值,五者均具有同时刻性;空化泡被压缩至初始半径值点R=R0,该点是合外力功和动力的最大值所对应的驻点半径,同时,该点也是等温过程与绝热过程的分界点,空化泡从膨胀至最大半径然后被压缩至初始半径R=R0时刻为止的这段时间内是属于热力学等温过程,然后,空化泡从被压缩至初始半径开始到空化泡第一次崩溃闭合点即最小半径R=Rmin时刻为止,该过程是属于动力学绝热过程;对于泡内气体为空气的空化泡在同一空化过程中,在不同阶段分别采用不同的热物理模型,在热力学等温过程期间多方指数取γ=1.0,在动力学绝热过程期间多方指数取γ=1.3～1.4之间较为合理。     

水听器法测量功率超声振动珩磨空化声场分布

为了直接、简便地研究功率超声振动珩磨作用下的空化效应,对其声场建立数学模型,采用水听器对功率超声振动空化声场参数进行了定点测量,对数学模型所得到的仿真结果进行验证。为了研究流体介质中超声空化声场的分布情况,采用水听器法对不同功率与不同种类液体介质中的辐射超声场进行了多点声压测量。通过对比试验数据分析发现,声波沿换能器截面方向成对称分布,沿换能器轴向方向随距离的增加而衰减;不同种类的液体介质也会影响声压的分布以及空化效应的强弱。该方法可以直观的评价超声振动珩磨作用下的空化声场的强度和分布情况,对后续研究超声珩磨的空化泡动力学行为以及对超声振动珩磨装置的优化设计具有一定的实际应用价值。