声控发光驻波实验仪研制与应用

声音驻波实验是高校大学物理实验必修内容之一,但其传统实验仪器存在不足。深入分析声驻波产生机理和特性,自主设计声光转换电路,该电路可以把声驻波信号有效精准地转化为二极管发光信号,并将其应用在驻波管内,成功研制出一种声控发光驻波实验仪器。该仪器不仅实现了驻波现象定性演示和定量测量的有机结合,具有操作简便、直观性强、运行稳定、测量精度高的优点,而且对高校同类实验教学仪器研制具有重要的借鉴意义。

声致发光温度与压力研究进展

声致发光是声空化过程中的一种特殊现象,是由于气泡崩塌时所产生的光发射现象。其所包含的物理机制对声化学、核物理、流体力学等方面的研究起着至关重要的作用。但目前对于声致发光过程中空泡内局部产生的高温、高压等极端物理条件的测量结果差值较大,仍未得到统一结论。因此,该文从多泡声致发光(MBSL)和单泡声致发光(SBSL)2个方面,综述了MBSL和SBSL的主要作用机理和区别,以及几种认可度较高的温度和压强的测量研究方法。

单泡声致发光中气泡的动力学特性——振子模型

单泡声致发光是通过气泡的运动将低能量密度的声能转换成高能量密度的光能的能量转换过程。因此,把气泡看作以流体为负载的振子,利用带有能量耗散函数的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程,可以获得描述在不可压缩、粘滞流体中气泡近球对称振动的运动方程。在适当近似下,利用解析解对气泡在膨胀、崩溃和回弹这３个过程中的动力学行为进行了讨论,得到单泡声致发光中气泡动力学特性较为简明的物理图像。

应用超声空化效应多泡声致发光技术测量海水总有机碳(TOC)

超声化学是声学与化学相互交叉而发展起来的一门新兴学科,它作为一种新颖的声化学技术正在日益受到人们的重视。超声化学主要是利用超声空化效应而进行的,本文对超声空化效应氧化降解有机物以及反应过程中的多泡声致发光机理进行了研究,就应用多泡声致发光技术来表征海水总有机碳(TOC)的可行性进行了分析,同时指出了应用超声空化效应-多泡声致发光技术测量海水总有机碳(TOC)

声致发光的增强及其光谱检测

选定5％浓度的Na_2CO_3水溶液作为基本声致发光介质,然后加入光量子产额较高的化学发光剂3-氨基邻苯二甲酰肼(C_8H_7N_3O_2),便可以在室温下大大增强可见光范围内的光发射.利用19根芯径500μm石英光缆直接引导,比较便利地摄取到该声致发光增强时的零级谱和一级谱.

声致水介质发光实验研究

本工作涉及声致水介质发光的实验研究。在中国原子能科学研究院首次建立了1套完整的声致水介质发光的实验系统。利用该系统实现了单气泡发光,持续发光时间超过1 h。本工作为研究声致发光机制研制了必要的实验设备,为进一步进行声致核聚变实验研究打基础。

单泡声致发光中气泡运动特性的Mie散射测量

运用光学Mie散射测量,实验研究了声致发光单泡的运动状态和发光光强受激励声场频率f及声压Pa变化的影响,结合动力学R-P方程拟合得到不同声压Pa下气泡半径随时间变化的动力学特征曲线——R(t)曲线,定量确定了气泡平衡半径Ro和压缩比Rmax/Ro,并通过气泡振子模型给出的势能方程估算了气泡塌缩阶段的能量损耗。结果表明:适当控制谐振频率(△f/fo-10-4,fo=21 kHz)和声压(1.2 atm-1.5 atm)可实现稳定的单泡声致发光;并且随着Pa的增大,气泡压缩比增大,回弹势能占总能量的比值逐渐减小(10-1-10-3),气泡在膨胀相聚集的大部分声能很可能以激波和热能形式释放。

丙三醇溶液声致发光中的黑体辐射谱

利用U型管圆锥泡声致发光装置,测量到了丙三醇溶液中圆锥泡声致发光的光谱和光脉冲。结果表明,测量得到的发光光谱为光滑的连续谱,且与理论模拟得到的黑体辐射谱相吻合,拟合温度分布于2 600~3 500 K范围内。文章从空间和时间两方面分析了圆锥泡空化发光中存在黑体辐射的原因：较大的气泡体积（气泡塌缩半径为1.4 cm）与较长的发光时间（几十微秒）。另外,实验研究表明随着发光波长的增长,光脉冲宽度变宽,从而进一步证明了圆锥泡声致发光中的黑体辐射机制。最后,利用测量得到的发光光谱和脉冲计算得到了发光光强为0.18 J,远远高于其他方式得到的声致发光光强。

单泡声致发光研究

介绍了作者在研究单泡声致发光SBSL动力学特性和发光特征方面的进展情况 .用气泡振子模型 ,研究了在不可压缩、粘滞流体中气泡近球对称运动的动力学行为 ;运用Mie散射理论和Dave倒推算法 ,系统地计算了适用于单泡声致发光的Mie散射测量参数 ;实验给出单泡发光强度的衰减特性、SBSL光强与频率的关系。

单泡声致发光中化学反应的处理

化学反应在声致发光中扮演了重要的角色。文章比较了两种处理化学反应的方式在声致发光数值计算中的应用,即采用反应速率的方式以及利用平衡常数的方式,讨论了它们各自的优缺点。计算表明两者所得结果比较一致,初步判断这两种处理方式的计算结果是可以接受的。

单泡声致发光现象—气泡运动的Mie散射测量

单泡声致发光现象时间和空间的高重复性,为实验研究气泡动力学特性提供了可能。文章利用Dave倒推算法,计算气泡Mie散射光强随散射角和气泡半径的变化,并选择了散射角80°为实验测量位置。利用R P方程理论计算的R(t)曲线与Mie散射实测结果相拟合,定量研究了气泡平衡半径、压缩比及崩溃阶段气泡的能量转换,结果表明,随激励声压的增大,气泡所吸收的声能可能绝大部分转换成激波及热能,使泡内温度上升。

单泡声致发光——气泡的动力学特性

单泡声致发光现象中,气泡动力学特性的研究是十分重要的。文章由简单的振子模型及能量守恒定律,导出了不可压缩、弱粘滞流体中纯径向振动气泡的Rayleigh-Plesset方程,利用龙格-库塔法计算了不同驱动声压下的R(t)曲线,并对崩溃相气泡的聚能效应做了讨论。

Luminol－碳酸钠水溶液的声致发光

作者用Ｌｕｍｉｎｏｌ－碳酸钠水溶液的声致发光拍摄了预置剪纸图案的照片，同时获得了这种溶液的声致发射光谱和光致荧光光谱。分析表明，由Ｌｕｍｉｎｏｌ增强的碳酸钠水溶液的声致发光主要发生在可见光区域；就声致发光和光致荧光的发射波长而言，这种溶液的声激发和光激发具有一定程度的等效性。

利用声致发光成像技术的液体中超声场动态分布的实时测量方法

根据超声空化原理,运用声致发光成像技术测量超声在液体中的动态分布。利用高灵敏度的ICCD成像系统记录水在超声作用下的声致发光图像,并且分析了声致发光的分布和强度与作用超声的关系。结果表明,超声作用下的发光图像能够反映该作用超声在水中的分布情况,从而提出利用声致发光成像技术测量液体中超声场的分布是一种动态测量声场强度的新方法。

气体性质对单泡声致发光平衡参数空间的影响

构造了一个描述气泡宏观运动的均匀非绝热模型，结合气泡的平衡机制，分析了空气和惰性气体的各种特性对单泡声致发光的平衡参数空间的影响．发现气体性质通过对平衡参数空间的影响对单泡声致发光起着重要作用．其中热传导系数起着主要作用，它的减小将导致气泡的平衡半径与压缩比增大，并导致发光亮度的增强．

单泡声致发光现象——气泡的稳定性

被水中驻波声压捕获在声压波腹的单个气泡,能周期地发出宽度50ps～140ps的光脉冲,这种现象称为单泡声致发光。稳定的单泡声致发光的参数主要由振荡形状稳定性、质量扩散平衡、组分的化学平衡和高的能量集聚等条件确定。文章将根据上述四条件对气泡的动力学稳定性作简单讨论。

声致发光法测量超声空化场的实验研究

依据鲁米诺增强声致发光原理,采用微光测量系统,对超声清洗槽内空化声场进行了测量,分析了声致发光强度与功率密度及驱动频率的关系.结果表明,当输入功率密度超过声致发光阈值时,液体中才出现声致发光现象;同一功率密度条件下,不同超声频率发光强度不同.

圆锥泡声致发光气泡动力学过程的理论分析

在绝热压缩模型的基础上，详细讨论了圆锥泡声致发光中气泡运动的动力学过程，得到了气泡塌陷速度方程、气泡内压强方程以及温度方程．结果显示在气泡进入圆锥腔的初始阶段，气泡的塌陷速度随着压缩半径的不断减小近似线性地增加；然后随着压缩半径的进一步减小，气泡塌陷的加速度逐渐减小；当气泡塌陷速度达到最大值后，随着气泡压缩半径的进一步减小，塌陷速度迅速下降至零．在假设初始气压为1000Pa的基础上，理论分析得到气泡的最高塌陷速度可以达到5．8m／s；气泡的最小压缩半径可以达到1．37cm，相应的气泡内极限压强超过4．5×10^5Pa，极限温度超过3150K，而液流能够提供给气泡的能量达到0．02J．理论推导得到的结果可以比较好地用来解释实验中的现象．最后分析得到气泡内的初始气压对气泡所能达到的极端条件有着重要的影响．

用声致发光记录脉冲声场中的空化峰

采用频率为 1.1MHz的脉冲声波 ,在声强≤ 0 .5W/ cm2 的条件下引发溶液中的声致发光 ,发现在脉冲宽度为 2 0 0 μs- 4 0 0 μs的区间内声致发光出现峰值。由于声致发光由超声波空化效应引发 ,因此 ,空化效应出现峰值。该实验结果不同于 Hill和 Flynn等人的实验结论。

多泡和单泡声致发光

本文在介绍多泡声致发光的基础上,对当前声学界和物理学界的一个热门课题——单泡声致发光现象的研究进行了系统的介绍和评论。