声场中气泡间次Bjerknes力和气泡群聚现象

基于双气泡耦合振动方程,研究了强声场中初始半径为10μm以上的两个球形气泡之间的次Bjerknes力,并探讨了驱动声压振幅、驱动频率、气泡间距和双泡的初始半径对次Bjerknes力的影响。结果表明:强声场中气泡运动的非线性效应,使泡间的次Bjerknes力增加,进而导致气泡大量聚集,互相牵制,形成稳定的气泡结构,即气泡群聚现象。

次Bjerknes力作用下气泡的体积振动和散射声场

利用Lagrange方程得到了次Bjerknes力作用下气泡的体积振动方程,并探讨了次Bjerknes力作用下不同参数对气泡体积振动振幅和振动初相位的影响,研究了振动初相位差为π和0的气泡对在液体中形成的散射声场特征.结果表明：次Bjerknes作用力下,相邻气泡半径、气泡间距、多方指数均能影响气泡的体积振动振幅,气泡对的均衡半径、气泡间距和驱动频率则对气泡振动初相位产生明显影响;相距很近、相位相差为π的两个气泡的散射声压与气泡体积振动振幅、气泡间距、驱动频率和振动初相位有关,随声场距离成反比减小,与声场位置有关,其平均散射声功率是单个孤立气泡的1/6（kd_（12））~2半径相同、相距很近、相位相同的两个6气泡的散射声压与气泡振动初相位、体积振动振幅、气泡间距、驱动频率有关,随声场距离成反比减小,其平均散射声功率是单个孤立气泡的4倍.

非球形效应对强声场中次Bjerknes力的影响

考虑了非球形气泡在声场中的形状振动,推导了非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力方程,数值模拟了声场中非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力和两个球形气泡之间的次Bjerknes力,并对非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力的影响因素进行了分析讨论.研究结果表明:当驱动声压振幅大于非球形气泡的Black阈值且又能使得非球形气泡稳定振动时,在第一个声驱动周期内,非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力和两个球形气泡的次Bjerknes力方向差异较大,在大小上是两个球形气泡次Bjerkens力的数倍,且有着更长的作用距离.非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力取决于非球形气泡的形状模态、两个气泡初始半径的比值、驱动声压振幅、气泡间距和两个气泡的相对位置.

Bjerknes力对微气泡运动特性的影响

以水为工作介质,利用气泡的控制方程,模拟微气泡在驻波声场中运动特性,分析了Bjerknes力对气泡运动轨迹的影响.结果表明:不同声压下,同一位置或相同声压不同位置的气泡所受到的Bjerknes力的系数相差几个数量级,气泡在向声压波腹区域移动过程中,所受的主Bjerknes力先增大后减小,而次Bjerknes力一直增大,它们的作用使气泡在声轴周围形成一个圆环,声压越大,圆环越大.

空泡溃灭的Bjerknes效应

根据 Bjerknes力的基本理论和空泡动力学方程 ,推导出了空泡运动时 Bjerknes力的表达式。在此基础上 ,对空泡溃灭时的 Bjerknes力进行了计算和分析。

结构声辐射有源控制中主导辐射模态的抵消及次级力的最优布放

在基于声辐射模态理论的结构声有源控制中,主导辐射模态的确定及抵消策略是至关重要的,它直接决定次级力源的优化布放及有源控制的效果。以往研究中对于主导辐射模态的认识是模糊而片面的,现对该问题进行了深入分析。首先基于辐射模态理论和振动模态的叠加性,结合辐射模态幅度和辐射效率,确定了结构在不同的激励频率(振动模态)下对应的主导辐射模态,然后在此基础上对次级力源进行了优化布放,最后用一系列的计算机仿真实例验证了理论结果的正确性。

基于二维四区域法的单边复合次级直线感应电机力特性建模研究

针对地铁用单边复合次级直线感应电机力特性解析方法中存在的模型构建困难、分析繁琐、计算量大、工程实用性差等问题,提出一种建模简单且计算量小的单边复合次级直线感应电机简化二维四区域电磁模型。当电机初级绕组通入三相对称交流电产生行波磁场,与地面非磁性次级导体中感应的涡流磁场相互作用,可同时产生推力和法向力。以麦克斯韦电磁方程为基础,对其磁场进行分析,得到该类电机推力、法向力的解析表达式。通过有限元仿真、实验平台测试结果与解析结果进行比较,验证了解析表达式的正确性。实现力特性的快速准确计算,对单边直线感应电机设计有着重要意义。

岩体次级结构模拟的材料力方法及有限元实现与应用

针对现有岩体次级结构模拟的等效方法和直接离散方法存在的缺点,从复合材料力学的角度出发,提出次级结构模拟的材料力方法。该方法中,岩石被看成基质,次级结构被看成夹杂。次级结构的力学效果以由本征应变产生的材料力得以体现。在分析计算弹塑性力学实质的基础上,以有限元方法为数值平台,通过提出双重网格法将材料力方法融合于弹塑性有限元分析中。与等效连续介质力学方法相比,材料力方法不仅可以考虑次级结构与岩石变形性质的差异,同时还可以考虑次级结构与岩石强度性质的差异;与直接离散的数值模拟方法相比,材料力方法的子域积分网格完全独立于有限元网格,因此它可降低分析域前处理离散的困难。另外,弹塑性有限元与材料力方法具有相同的实质——逐步求取本征应变引起的材料力。因此,材料力方法在保证原有有限元方程规模不变的前提下尽可能将额外计算开销极小化。2个算例表明材料力方法的有效性和可行性。

非单频声场中耦合双泡振动特性研究

利用Keller-Miksis方程,计算了初始半径分别为2、5μm的耦合气泡在非单频声场中气泡半径、次Bjerknes力的变化规律.计算结果表明,非单频驱动声场中耦合双泡的半径、次Bjerknes力与驱动声压幅值、声压幅值之比、驱动频率有关.当声压幅值比、驱动频率一定时,驱动声压越大,最大膨胀半径越大、次Bjerknes力越大;驱动声压、驱动频率一定时,声压幅值比越大,最大膨胀半径越大、次Bjerknes力越大;当驱动声压的振幅、声压幅值比一定时,驱动频率越大,最大膨胀半径越小、次Bjerknes力越小.

基于气泡统一方程的声场双气泡耦合作用研究

针对声致空化现象中双气泡相互作用力展开了研究。本文基于气泡动力学的基本理论,将气泡统一方程应用到声场中双气泡的耦合作用研究中,建立了可用于计算声场中多气泡耦合的理论模型,并以此研究了不同类型的声场中双气泡次Bjerknes力的变化趋势。研究结果表明:在声压幅值较小的行进波声场中,对于非线性脉动的双气泡,其相互作用现象不仅与声场参数相关,还会受到双气泡初始体积比的影响。若固定其中一个气泡的初始体积,同时改变另一个气泡的初始体积,则双气泡间第1周期内的次Bjerknes力会在初始体积相等时达到第1个极值,随后呈现周期性的起伏,并在总体上呈增大趋势;而双气泡相互作用在声压幅值较大的行进波声场中会随初始半径比的增大持续增强,且周期性的起伏现象并不明显。在驻波声场中靠近波节的位置也能观测到这一现象。此外,本文还探究了非线性振动的双气泡在具有相同频率、不同声压幅值的组合波声场中的耦合效应。本文的研究可为声场中双气泡相互耦合作用以及气泡群动力学相关应用提供理论基础。

表面张力对近固壁二空化泡影响的数值研究

在忽略浮力下，用边界积分方法数值模拟了表面张力对固壁之上且靠近固壁的二轴对称空化泡生长和溃灭的影响，发现在下空泡最大等效半径为上空泡一半情形，若固壁对下空泡的 Bjerknes 力大于上空泡对下空泡的 Bjerknes力，则表而张力的作用将使下空泡溃灭加速，使其向下的液体射流变强变宽；若固壁对下空泡的 Bjerknes 力小于上空泡对下空泡的 Bjerknes 力，则表面张力的作用将使下空泡溃灭变慢，使其向上射流变弱变细长；若这两个 Bjerknes 力近于相等，则表面张力将会对下空泡溃灭有重大作用，如改变下空泡射流的方向甚至形式(如由环状变向下或由向上变环状)．当上空泡等于或小于下空泡时，表面张力将不会对这两个空泡的行为产生显著影响．定性地分析了表面张力作用的机理．

声波激励下管路轴向分布双气泡动力学特性分析

针对基于声学理论的管道气泡检测技术面临的声波作用下的气泡相互作用机理问题,本文基于自由气泡Rayleigh-Plesset模型,通过引入次Bjerknes辐射力,构建能够考虑管道轴向气泡分布的可压缩性双气泡动力学模型.利用四阶龙格库塔方法开展数值计算,对比分析了不同激励声波频率与幅度作用下自由气泡与双气泡模型引起的气泡动力学特征的区别.同时对比了液体可压缩与不可压缩假设引起的气泡动力幅频响应的区别,表明可压缩假设下的次Bjerknes辐射力引起气泡发生受迫振动,不改变气泡的线性共振特征;而不可压缩假设引起气泡间发生强耦合,从而改变气泡系统的线性共振特征.气泡距离直接影响次Bjerknes辐射力大小,导致气泡动力学趋向于非线性振动,与线性振动的频谱特征差别明显.气泡轴向位置的变化引起外界激励声波的变化,从而改变气泡的初始振动特征.初始特征的差异与次Bjerknes辐射力发生耦合作用,影响气泡动力学特征,甚至发生非线性振动.研究表明,小气泡在共振的情况下,与次Bjerknes辐射力发生耦合作用,使得双气泡系统更容易趋向于非线性特征;而大气泡则能够较好地保持线性共振状态.

初级横向偏移时帽型次级直线感应电动机制动特性分析

在考虑直线电动机横向偏移、制动、横向边端效应、纵向边端效应的影响下,针对帽型次级直线电动机弯道制动的工况,建立了帽型直线电动机的三维有限元模型,分析了次级板涡流分布,得到了不同偏移量下帽型直线电动机初级所受的制动力、法向力和侧向力随转差率的变化规律。结果表明,帽型次级直线电动机弯道制动时,会使次级板涡流的分布区域发生横向畸变,从而使得初级所受的制动力减小,法向力变化趋势增大,侧向力变化剧烈。三维力的改变增加弯道制动时轮对间的磨损,且影响车辆的稳定运行。

次级斜槽双永磁体励磁直线永磁磁通切换电机

直线永磁磁通切换电机(LFSPM)在诸如城市轨道交通,智能电梯和海浪发电等许多应用场合中都具有巨大的潜力。研究了一种双永磁体励磁的直线永磁磁通切换电机(DLFSPM),该电机通过提高永磁体和硅钢片的利用率来提高推力输出能力。利用有限元软件先对 DLFSPM电机和传统结构 12/14极直线电机进行推力优化,然后比较两者的平均推力,发现 DLFSPM电机具有更高的推力密度。然而,较大的定位力会限制 DLFSPM电机的应用场合。因此,对该电机进行改进来减小其定位力。利用次级分段斜槽结构来抑制其定位力。有限元仿真结果表明,次级分段斜槽结构可以有效的减小 DLFSPM电机的定位力。

空化场中大气泡对空化泡振动的抑制效应分析

为探究空化场中多气泡之间的相互作用,结合观察到的注入大气泡周围飞舞的小气泡的实验现象,构建了由两个大气泡和一个空化泡组成的三气泡系统,通过考虑气泡间相互作用的时间延迟效应以及大泡的非球形振动,得到修正的气泡动力学方程组,并数值分析了气泡的振动模态、平衡半径、声波压力与频率等参量对小空化气泡的振动行为与所受次级Bjerknes力的影响.结果表明,大气泡的非球形效应主要表现为一种近场效应,对空化泡的振动影响很小,几乎可以忽略不计.大气泡可抑制空化泡的振动,但当大气泡半径接近于共振半径时,空化泡振动幅值曲线出现共振峰,即存在耦合共振响应.大气泡半径越大,对空化泡抑制作用越强,当空化泡处在两个毫米级大气泡附近时抑制更加显著.声波压力与频率不仅直接影响气泡的振动,还影响空化泡与大气泡之间相互作用的强弱,表现为空化泡所受的次级Bjerknes力在特定的大气泡半径范围内变得对气泡尺寸变化较为敏感,即小的大气泡半径变化可能导致明显的力大小变化,且不同驱动频率下,空化泡所受次级Bjerknes力的敏感半径分布区间不同.空化泡受到的次级Bjerknes力在距离较小或者较大时均可能表现为斥力,与实验观察现象一致.随着声波压力的增大,气泡间距影响下的力响应模式可能不同,甚至可能出现在特定距离内因声反常吸收而导致的作用力减弱现象.

关于商业银行次级债发行的若干思考

本文通过分析2004年6、7月商业银行次级债券的发行情况,解释了次级债券发行中发行利率偏低的原因,认为商业银行发行次级债券不能纯粹以增加附属资本为目的,而应充分考虑风险,从自身资产负债管理需要出发,着眼于提高银行竞争力;最后还就目前我国发展商业银行次级债券提了一些建议。

超声反应器中运动空化气泡的动力学研究

考虑了气泡在声场中的平动,得到了单个平动球形气泡在声场中受到的主Bjerknes力,研究了其动力学特征,研究结果表明:气泡在声场中不同位置处具有不同的动力学特征,其平动速度与气泡距声压波腹的位置有一定的函数关系,距离波腹为1/4波长范围内的气泡会朝着波腹迅速运动,发生空化现象,在波节点处的气泡会在声波波节点处来回振荡,不发生空化现象,平动气泡受到的主Bjerknes力与驱动声压振幅、驱动频率和气泡初始半径有关,低频声场更易发生空化现象.

具有传质传热及扩散效应的双气泡的相互作用

利用修正的Keller-Miksis方程与Noble-Abel-Stiffend-Gas状态方程相结合的模型,研究了超声作用下具有传质传热及扩散效应的双气泡间的相互作用,并与Mettin等[Mettin R,Akhatov I,Parlitz U,Ohl C D,Lauterborn W 1997 Phys.Rev.E 562924]给出的没有传质传热及扩散效应的双气泡间的相互作用进行了比较.结果表明,具有传质传热及扩散效应的双气泡间的次Bjerknes力和气泡归一化最大半径都大于没有传质传热及扩散效应的双气泡的相应量.随着其中一个气泡的初始半径的增大和驱动声压的增大,两种情况给出的次Bjerknes力的差别逐渐增大,而随着驱动频率的增大,两种情况给出的次Bjerknes力的差别逐渐减小.由此可见,传质传热和扩散效应对空化气泡间相互作用的次Bjerknes力具有重要影响.

超声介导微泡对细胞的声致成孔作用中次Bjerknes力的影响

声致成孔通过超声介导微泡的空化作用使得细胞膜产生暂态孔隙,可以提高药物和基因的过膜转运效率。目前常见声致成孔中单个微泡在超声场中的动力学和单个微泡对细胞作用力学的研究,但是未见存在两个微泡相邻时对细胞产生声孔的可能性的研究分析。本文分析超声场中两个微泡相邻情况下的一种声致成孔的情况,即建立微泡受到邻近另一微泡的次Bjerknes力作用时的动力学模型,及其对细胞的力学作用。本文根据实际可能的参数设置,通过数值模拟研究了:(1)超声和微泡等参数对次Bjerknes力值的影响;(2)在相邻稳态振动微泡给予的次Bjerknes力作用下,微泡对细胞膜的作用力;(3)当微泡给予细胞作用力超过细胞膜耐受剪切力阈值时产生声致成孔的可能性。通过模拟分析,本文给出了两个相邻微泡稳态振动时,可能产生声孔的超声照射和微泡参数,并首次发现相对于超声照射参数来说,微泡参数对次Bjerknes力的影响较大。

水中爆炸气泡与水底边界相互作用的水射流现象

应用开尔文冲量原理,分析了水中爆炸产生的气泡与水底边界相互作用产生水射流的主要影响因素,开展了气泡与水平放置的钢板相互作用水射流现象的实验研究工作。通过改变炸药到钢板的距离,得到不同爆距条件下,气泡与钢板相互作用形成水射流的动态过程图像和气泡2次脉动压力。理论分析和实验结果均表明:随着爆距的减小,Bjerknes力迅速增加,气泡与水平放置钢板相互作用产生水射流的临界条件为爆距小于气泡最大半径。水射流具有非常明显的方向性,对目标毁伤作用明显。