水下强声波脉冲引发的空化气泡运动和声辐射

通过建立由等离子体声源、PCB压力传感器和高速相机等构成的实验测量系统,研究了强声波脉冲引发的空化气泡运动和二次声辐射。通过实验,观察到了强声波脉冲特有的波形结构,空化气泡的成长、膨胀和坍缩过程以及气泡坍缩时辐射的声信号。其次,利用Gilmore方程和Bernoulli方程,从理论上对空化气泡的运动和声辐射进行了数值模拟和分析。研究结果表明:(1)在强声波脉冲正压区的作用下,空化气泡将受到压缩并围绕"准平衡态半径"振荡;在强声波脉冲负压区的作用下,空化气泡将出现膨胀、坍缩和回弹的物理过程。(2)空化气泡坍缩时周期性辐射的声脉冲持续时间极短,具有"冲击波"的特点。

水下强声波脉冲负压的产生和空化气泡运动

首先利用高速摄影和压力传感器测量的方法,对曲面反射式水下强声波脉冲的传播和聚焦过程进行了实验研究.实验研究发现,椭球面反射罩在起到汇聚声能的作用的同时也将使得强声波脉冲在传播过程中形成负压区,并由此而引发近场声传播通道上空化气泡群的产生.在实验结果的基础上,进一步利用基于Kirchhoff衍射定理的声传播模型和大振幅条件下的QX气泡运动方程,对强声波脉冲负压区的形成原因及空化气泡的运动过程进行了数值计算和分析.研究结果表明,在焦前区,源于反射罩内表面的"尾波"和出口处的"边缘波"在传播过程中将形成反射波中的负压区;在焦后区,源于反射罩顶点的"中心波"在传播过程中将形成反射波中的负压区.在反射波作用下,空化气泡体现出了"正压区受压缩并振荡,负压区膨胀"的运动特点.在反射波之后,空化气泡将出现成长、坍缩和回弹等典型的物理过程.研究结果对曲面反射式水下强声波传播物理规律的认识具有实际意义.