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相似文献
 共查询到19条相似文献,搜索用时 578 毫秒
1.
刘国东  祝锡晶  郭策 《声学学报》2013,38(6):663-668
通过建立Φ47功率超声珩磨磨削区流体-结构耦合声场的理论模型,采用ANSYS有限元分析软件对磨削区的空化声场进行了仿真分析,得出磨削区二维、三维空化声场的分布情况和声压幅值,并利用超声波功率测量仪对磨削区的空化声场进行模拟实验测量。结果表明:在谐振频率18.6 kHz下,声场主要集中在油石的中部,二维和三维声场的声压最大值分别为1.39 MPa和1.47 MPa,与实验测得声压最大值1.3 MPa在同一个数量级,为进一步研究功率超声珩磨空化效应提供理论和实验的基础。   相似文献   

2.
吴强  姚澄  朱昌平  韩庆邦 《应用声学》2015,34(5):391-397
在不同深度条件下的水下构建物超声清洗中,声空化是重要的源动力之一。为探明水下环境压力对声空化的影响,本文基于数值计算的方法,通过对超声波作用下气泡动力学的研究,讨论了环境压力对空化泡溃灭时的气泡最大半径、释放能量以及溃灭功率等因素的影响。结果表明:空化泡最大半径与环境压力在一定范围内呈近似线性关系;随着环境压力增大,空化泡释放能量和溃灭功率均显著减小,且两者在变化趋势和变化幅度上几乎一致;当环境压力大于声压幅值时,空化泡的最大半径、内部压强、内部温度与释放能量均远低于空化发生在环境压力小于声压幅值时的情形。  相似文献   

3.
沈壮志  林书玉 《物理学报》2011,60(10):104302-104302
以水为工作介质,考虑了液体的可压缩性,研究了声场中气泡的运动特性,模拟了声波频率、声压幅值、气泡初始半径以及液体的表面张力和黏滞系数的变化对气泡运动状态的影响. 分析了空化处理效果与气泡运动状态之间关系. 结果表明:气泡运动处于混沌状态,是提高声空化降解有机污染物能力的最重要因素. 关键词: 声空化 混沌 相图 功率谱图  相似文献   

4.
声场作用下两空化泡相互作用的研究   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
张鹏利  林书玉 《物理学报》2009,58(11):7797-7801
建立了声场作用下两空化泡泡壁的运动方程,得出了双空化泡的共振频率,振动半径及空化噪声声压.由频率方程,振动半径和声压方程可以看出两气泡的运动情况与单气泡的运动情况有着明显的不同.共振频率,共振振幅及声压与两气泡之间的间距有关.在一定的简化条件下,运用MATLAB语言对共振频率,共振振幅及空化噪声声压进行了数值求解,发现共振频率和共振振幅随空泡间距的增大而增大,空化噪声声压随距离增大先增大后减小. 关键词: 超声 空化 频率 声压  相似文献   

5.
超声场下刚性界面附近溃灭空化气泡的速度分析   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
郭策  祝锡晶  王建青  叶林征 《物理学报》2016,65(4):44304-044304
为了揭示刚性界面附近气泡空化参数与微射流的相互关系, 从两气泡控制方程出发, 利用镜像原理, 建立了考虑刚性壁面作用的空化泡动力学模型. 数值对比了刚性界面与自由界面下气泡的运动特性, 并分析了气泡初始半径、气泡到固壁面的距离、声压幅值和超声频率对气泡溃灭的影响. 在此基础上, 建立了气泡溃灭速度和微射流的相互关系. 结果表明: 刚性界面对气泡振动主要起到抑制作用; 气泡溃灭的剧烈程度随气泡初始半径和超声频率的增加而降低, 随着气泡到固壁面距离的增加而增加; 声压幅值存在最优值, 固壁面附近的气泡在该最优值下气泡溃灭最为剧烈; 通过研究气泡溃灭速度和微射流的关系发现, 调节气泡溃灭速度可以达到间接控制微射流的目的.  相似文献   

6.
超声振动珩磨作用下空化泡动力学及影响参数   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
为了合理利用超声振动珩磨作用下的空化效应,以磨削区单个空化泡为研究对象,考虑珩磨头合成扰动速度和珩磨压力的作用建立了磨削区空化泡的动力学模型。数值模拟了空化泡初始半径,珩磨压力,液体静压力和超声声压幅值对磨削区空化效应的影响。研究表明考虑超声振动珩磨作用时,空化泡膨胀的幅值会受到抑制,其溃灭时间也会缩短,而且较容易出现稳态空化。珩磨压力和液体静压力对磨削区空化主要起抑制作用,超声波声压幅值在一定范围内能够促进磨削区空化效果的提升。本文的研究为进一步理解超声振动珩磨的空化机理提供了理论支持。  相似文献   

7.
空化泡的运动特性是声场作用下的动力学行为,受空化泡初始半径,声压幅值,驱动声压频率,液体特性等众多因素的影响,是个复杂工程。本文从双空化泡运动方程出发,考虑到液体粘滞系数、空化泡辐射阻尼项的影响,研究了不同初始半径、驱动声压频率、驱动声压幅值、液体粘滞系数下空化泡泡壁的运动情况,研究结果表明不同初始半径、外界驱动声压频率、驱动声压幅值、液体粘滞系数均会对空化泡的膨胀比和空化泡的溃灭时间有一定影响。  相似文献   

8.
沈壮志 《物理学报》2015,64(12):124702-124702
以水为工作介质, 考虑了液体的可压缩性, 研究了驻波声场中空化泡的运动特性, 模拟了驻波场中各位置处空化泡的运动状态以及相关参数对各位置处空化泡在主Bjerknes力作用下运动方向的影响. 结果表明: 驻波声场中, 空化泡的运动状态分为三个区域, 即在声压波腹附近空化泡做稳态空化, 在偏离波腹处空化泡做瞬态空化, 在声压波节附近, 空化泡在主Bjerknes 力作用下, 一直向声压波节处移动, 显示不发生空化现象; 驻波场中声压幅值增加有利于空化的发生, 但声压幅值增加到一定上限时, 压力波腹区域将排斥空化泡, 并驱赶空化泡向压力波节移动, 不利于空化现象的发生; 当声频率小于初始空化泡的共振频率时, 声频率越高, 由于主Bjerknes 力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生, 尤其是驻波场液面的高度不应是声波波长的1/4; 当声频率一定时, 空化泡初始半径越大越有利于空化现象的发生, 但当空化泡的初始半径超过声频率的共振半径时, 由于主Bjerknes力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生.  相似文献   

9.
双泡超声空化计算分析   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
卢义刚  吴雄慧 《物理学报》2011,60(4):46202-046202
将由速度势叠加原理得到的双泡超声空化动力学微分方程归一化,通过matlab语言编程计算,分析了水中空化泡的线度、双泡间距、声压幅值、声波频率等因素对空化过程的影响. 在双泡超声空化动力学微分方程中引入双频超声,探讨了双泡双频超声问题. 研究表明泡的线度是决定空化特性的主要因素,声压幅值对空化特性的影响最大,其次是超声波的频率;双泡间的相互作用影响空化特性,这种影响随双泡间距的增大而减弱;双频超声对双泡空化特性的影响有限,这种影响在两超声分量的声压幅值相等时较强. 关键词: 超声空化 双泡 双频超声  相似文献   

10.
王勇  林书玉  张小丽 《物理学报》2014,63(3):34301-034301
考虑到分布在液体中的气泡是声波在含气泡液体中传播时引起非线性的一个很重要的因素,本文研究了声波在含气泡液体中的非线性传播.将气体含量的影响引入到声波在液体中传播的方程中,从而得到声波在气液混合物中传播的数学模型.通过对该模型进行数值模拟发现,气体含量、驱动声场声压幅值及驱动声场作用时间均会影响到气液混合物中的声场分布及声压幅值大小.液体中的气泡会"阻滞"液体中声场的传播并将能量"聚集"在声源附近.对于连续大功率的驱动声场来说,液体中的气泡会"阻滞"气液混合物中声场及其能量的传播.  相似文献   

11.
The use of a top-mounted electromagnetic induction coil has been demonstrated as a contactless alternative to traditional ultrasonic treatment (UST) techniques that use an immersed mechanical sonotrode for the treatment of metals in the liquid state. This method offers similar benefits to existing UST approaches, including degassing, grain refinement, and dispersion of nanoparticles, while also preventing contact contamination due to erosion of the sonotrode. Contactless treatment potentially extends UST to high temperature or reactive melts. Generally, the method relies on acoustic resonance to reach pressure levels suitable for inertial cavitation and as a result the active cavitation volume tends to lie deep in the melt rather than in the small volume surrounding the immersed sonotrode probe. Consequently, (i) with suitable tuning of the coil supply frequency for resonance, the treatment volume can be made arbitrarily large, (ii) the problem of shielding and pressure wave attenuation suffered by the immersed sonotrode is avoided. However, relying on acoustic resonance presents problems: (i) the emergence of bubbles alters the speed of sound, resonance is momentarily lost, and cavitation becomes intermittent, (ii) as sound waves travel through and reflect on all the materials surrounding the melt, the sound characteristics of the crucible and supporting structures need to be carefully considered. The physics of cavitation coupled with this intermittent behaviour poses a challenge to sonotrode modelling orthodoxy, a problem we are trying to address in this publication. Two alternative approaches will be discussed, one of which is in the time domain and one in the frequency domain, which couple the solution of a bubble dynamics solver with that of an acoustics solver, to give an accurate prediction of the acoustic pressure generated by the induction coil. The time domain solver uses a novel algorithm to improve simulation time, by detecting an imminent bubble collapse and prescribing its subsequent behaviour, rather than directly solving a region that would normally require extremely small time steps. This way, it is shown to predict intermittent cavitation. The frequency domain solver for the first time couples the nonlinear Helmholtz model used for studying cavitation, with a background source term for the contribution of Lorentz forces. It predicts comparable RMS pressures to the time domain solver, but not the intermittent behaviour due to the underlying harmonic assumption. As further validation, the frequency domain method is also used to compare the generated acoustic pressure with that of traditional UST using a mechanical sonotrode.  相似文献   

12.
徐珂  许龙 《应用声学》2021,40(3):343-349
为了模拟单泡超声空化的动力学特性,建立了单泡超声空化的有限元仿真模型,基于流体动力学控制方程和流体体积分数模型,利用有限元分析软件模拟了超声驱动下水中单泡的空化动力学过程。结果表明:单泡随时间的演化规律是先缓慢膨胀到最大后迅速塌缩;泡内压强与气体密度变化与单泡体积变化成反比;在膨胀阶段,泡外压强与气体密度沿着泡的径向向外递减;在压缩阶段,泡外在声压垂直方向的压强与气体密度要大于声压激励方向的压强和气体密度。该文分析结果将为超声空化动力学过程模拟及研究提供参考。  相似文献   

13.
Contactless ultrasound is a novel, easily implemented, technique for the Ultrasonic Treatment (UST) of liquid metals. Instead of using a vibrating sonotrode probe inside the melt, which leads to contamination, we consider a high AC frequency electromagnetic coil placed close to the metal free surface. The coil induces a rapidly changing Lorentz force, which in turn excites sound waves. To reach the necessary pressure amplitude for cavitation with the minimum electrical energy use, it was found necessary to achieve acoustic resonance in the liquid volume, by finely tuning the coil AC supply frequency. The appearance of cavitation was then detected experimentally with an externally placed ultrasonic microphone and confirmed by the reduction in grain size of the solidified metal. To predict the appearance of various resonant modes numerically, the exact dimensions of the melt volume, the holding crucible, surrounding structures and their sound properties are required. As cavitation progresses the speed of sound in the melt changes, which in practice means resonance becomes intermittent. Given the complexity of the situation, two competing numerical models are used to compute the soundfield. A high order time-domain method focusing on a particular forcing frequency and a Helmholtz frequency domain method scanning the full frequency range of the power supply. A good agreement is achieved between the two methods and experiments which means the optimal setup for the process can be predicted with some accuracy.  相似文献   

14.
The oscillation and migration of bubbles within an intensive ultrasonic field are important issues concerning acoustic cavitation in liquids.We establish a selection map of bubble oscillation mode related to initial bubble radius and driving sound pressure under 20 kHz ultrasound and analyze the individual-bubble migration induced by the combined effects of pressure gradient and acoustic streaming.Our results indicate that the pressure threshold of stable and transient cavitation decreases with the increasing initial bubble radius.At the pressure antinode,the Bjerknes force dominates the bubble migration, resulting in the large bubbles gathering toward antinode center,whereas small bubbles escape from antinode.By contrast,at the pressure node,the bubble migration is primarily controlled by acoustic streaming,which effectively weakens the bubble adhesion on the container walls,thereby enhancing the cavitation effect in the whole liquid.  相似文献   

15.
杨日福  洪旭烨 《应用声学》2018,37(4):455-461
本文基于流体动力学控制方程和VOF模型,在FLUENT 14.5软件环境下对超声空化泡进行数值模拟。首先研究了超声空化泡一个周期内的形态变化,并且利用空化泡形态变化的最大面积、最小面积、膨胀时间、收缩时间等数值结果分析超声参数对空化效果的影响。同时探究了双频超声作用下空化泡运动的变化,计算结果表明:在其他条件相同的情况下,在1~5MPa范围内,超声声压幅值为3MPa时空化效果最好;当超声频率大于20kHz时,空化效果随着超声频率的增大而降低。对于频率相同的双频超声,较声压幅值为其两倍的单频超声有更好的空化效果;对于频率不同的双频超声,空化效果受到频率差的影响。  相似文献   

16.
硫酸中多气泡声致发光光谱   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
安宇 《应用声学》2013,32(3):205-211
非线性声波方程与气泡脉动方程联立, 可以描述声空化云中的声场以及任何一个气泡的脉动过程,为数值计算空化场问题提供了理论框架.计算的声压分布变化可以用来计算单气泡动力学,了解任何位置处气泡发光过程以及气泡内气体温度和压强变化等. 对浓硫酸中氙气泡空化云的计算定性符合实验观测, 只有钠原子线谱的计算结果相比实验观测有些出入.  相似文献   

17.
张舍  莫润阳  王成会 《声学学报》2018,43(4):689-698
液态金属中气泡行为是磁流体力学的重要方面。为对磁场条件下导电流体中气泡动力学行为作全面理解,基于磁流体动力学方法建立了磁场条件下导电流体中气泡径向振动的无量纲化动力学方程,数值研究了磁场对导电流体中气泡径向非线性振动稳定性、泡内温度、泡内气压及液体空化阈值的影响。结果显示:磁场增强了气泡非线性振动的稳定性,随着磁场增强且当作用在泡上的电磁力与惯性力数量级可比时,气泡运动为稳定的周期性振动;同时,磁场引起泡内温度、泡内压力及液体空化阈值变化。研究表明,可用磁场调节和控制液态金属中气泡的运动使其满足工程应用需求。   相似文献   

18.
含气泡液体中气泡振动的研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
王勇  林书玉  莫润阳  张小丽 《物理学报》2013,62(13):134304-134304
研究了含气泡液体中单个气泡在驱动声场一定情况下的振动过程. 让每次驱动声场作用的时间特别短, 使气泡半径发生微小变化后再将其变化反馈到气泡群对驱动声场的散射作用中去, 从而可以得到某单个气泡周围受气泡散射影响后的声场, 接着再让气泡在该声场作用下做短时振动, 如此反复. 通过这样的方法, 研究了液体中单个气泡的振动情况并对其半径变化进行了数值模拟, 结果发现, 在液体中含有大量气泡的情况下, 某单个气泡的振动过程明显区别于液体中只有一个气泡的情况. 由于大量气泡和驱动声场的相互作用, 使气泡半径的变化存在多种不同的振动情况, 在不同的气泡大小和含量的情况下, 半径变化过程分别表现为: 在平衡位置附近振荡的过程; 周期性的空化过程; 一次空化过程后保持某一大小振荡的过程; 增长后维持某一大小振荡的过程等. 所以, 对于含气泡液体中气泡振动的研究, 在驱动声场一定的情况下, 必须考虑气泡含量的因素. 关键词: 含气泡液体 超声空化 散射 数值模拟  相似文献   

19.
In this work, the role of ultrasound in hydrogen removal and microstructure refinement by the ultrasonic argon degassing has been fully investigated by the experimental work in water and AZ91-0.4Ca magnesium melt, respectively. Ultrasound is able to break up argon gas into numbers of small bubbles and drive them diving deeply to the bottom of water, which are responsible for the efficient degassing regime of ultrasonic argon process. The argon flowrate plays a dominant role in promoting hydrogen removal effect. Meanwhile, the increasing argon flowrate can suppress the microstructure refinement, due to the subdued ultrasonic cavitation under a large argon flowrate. Mechanical properties of AZ91-0.4Ca alloy can be much promoted by the ultrasonic argon degassing process. Ultrasound is the key to achieve not only efficient degassing regime, but also microstructure refinement as well as mechanical properties promotion.  相似文献   

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