非球形气泡的超声定量检测

超声是检测不透明液体中气泡的有效方法,声散射模型是超声反演技术的核心.经典气泡散射模型通常是基于球形假设及ka≤1(a为气泡半径,k为入射波的波数),然而实际应用中这些假设并不总能得到满足.本研究针对非球形气泡及ka偏离假设情况,提出一种超声反演定量方案.建立不受ka约束的球形气泡级数背散射f模型,将其与经典Medwin(ka<<1)和Anderson(ka≈1)散射f模型进行对比,发现ka偏离引发的散射截面效应仅体现在散射高阶共振峰位置及大小差异上.据此提出:可通过曲线拟合法解决散射截面σ_(bs)/(πa^(2))与ka间的多值问题,同时用当量半径a^(*)对非球形气泡尺寸进行量化.具体首先利用非球形气泡背散射信号的频域信息测定其散射截面σ_(bs),再根据σ_(bs)与非球形当量半径a^(*)间拟合曲线进行反演,同时利用回波时域信息勾画气泡形状轮廓.反演结果通过高速摄影定量结果进行检验.结果表明:气泡沿之字形路径上升过程中产生非球形形变,当9≤kr_(0)≤35时,反演得到的非球形气泡当量半径与高速摄影定量半径r_(0)的相对误差小于45%,对应的最大绝对误差约为1 mm.说明该方法在一定测量精度范围可用于非球形气泡的声反演.

流向磁场下球形气泡绕流的线性稳定性分析

电磁冶金中氩气通常作为动力和载体将脱硫剂、脱氧剂吹入到液态金属中,因此存在磁场环境下气泡在液态金属中自由运动的问题,而绕流作为自由运动的特殊形态,是研究自由运动问题的第一步.本文通过有限元方法研究流向磁场作用下球形气泡绕流的全局线性稳定性,讨论基本流对时间-方位角模态小扰动的响应,发现了8个不稳定的驻定模态,并绘制它们在Re-Ha参数平面的中性曲线.结果显示方位角波数m=1的驻定模态首先导致第一次常规分岔,该模态已被广泛证实为轴对称绕流中最不稳定的模态,使轴对称尾迹转变为由一对反向旋转涡组成的单平面对称尾迹.同时第一次分岔的中性曲线展示磁场对球形气泡绕流先失稳后致稳的作用.后续分岔依次由定模态导致.这些分岔为认识磁场环境下气泡绕流的尾迹结构提供重要的参考价值.

激波汇聚效应对球形气泡演化影响的数值研究

利用三维程序,对比研究了汇聚激波及平面激波冲击下SF6球形气泡演化规律的异同,以期发现激波的汇聚效应对界面演化的影响.三维程序采用多组分可压缩欧拉方程,基于有限体积法,利用MUSCL-Hancock格式进行数值求解,可以达到时间和空间的二阶精度.相比平面激波,汇聚激波由于存在曲率,且激波强度以及壁面效应在汇聚激波运行的过程中逐渐增强,使得激波冲击后的流场演化有较大的不同.计算结果表明:汇聚激波作用下,气泡界面的涡结构更加尖锐;气泡内部的透射激波聚焦程度更强,在界面下游附近形成的最高压力大于平面激波算例,由此产生的射流运动速度更快;由于汇聚激波曲率及激波强度的变化,导致界面上涡量的分布规律以及涡量幅值产生较大变化.通过界面上产生的环量以及界面内外气体混合速度的对比表明,汇聚激波更有助于涡量的产生以及气体的混合.因此激波的汇聚效应对气泡界面演化具有重要影响.

表面活性剂浓度对球形气泡界面和尾流的影响

发展了一种研究气泡界面污染程度的数值模型,并用其对流场中不同表面活性剂浓度下、上浮气泡的界面参量和周围流场进行了模拟研究。该模型假设吸附于气泡界面的表面活性剂分布在毗邻气液界面的薄吸附层中,且气泡界面上表面活性剂的吸附与解吸过程也发生于此;界面切应力为界面浓度的函数。研究发现:气泡界面的流动性会因表面活性剂的吸附而降低,该现象会增大气泡周围流域中切向速度在界面法向上的变化量,从而对界面性质和周围流场产生影响;由于对流的作用和吸附-解吸动态平衡的存在,气泡前部界面不完全干净,且受污染界面的流动性也不完全为零。

边界条件对水下爆炸气泡运动特性的影响分析

在近距爆炸条件下,受到边界的影响,水下爆炸气泡会出现非球状运动情况。为了得到球状气泡假设的适用条件,对深水自由场、近自由液面、近刚性壁和弹性边界等不同边界条件下水下爆炸气泡的动态特性进行了仿真计算。通过对气泡最大半径和脉动周期仿真结果的对比分析,可以得到如下结论:当爆心距离边界约等于气泡最大半径时,自由表面会使气泡的最大半径略有减小,周期缩短,刚性壁的影响与之相反,弹性边界的影响介于二者之间;在近自由边界条件下爆距大于2倍气泡半径,近弹性结构和刚性壁边界条件下爆距大于3倍气泡半径时,水下爆炸气泡可近似认为球状脉动。

底吹过程中气泡生长和脱落的冷态模型（英文）

结合高速摄影和数字图像处理技术,采用4种不同开口率的多孔喷嘴结构研究底吹过程中气泡的生长和脱离行为。实验结果表明,多孔喷嘴结构条件下的气泡生长过程由花瓣状阶段、膨胀阶段和分离阶段组成。通过实验获得的气泡图像对花瓣状气泡进行定性描述,并且通过纵横比定量分析非球形气泡形状变化规律。此外,采用最大卡尺距离和气泡当量直径分析气泡脱离尺寸。通过考虑气泡脱离直径与开口率的关系,分别建立基于最大卡尺距离与喷嘴出口水力直径比的无量纲气泡直径的预测模型。对比分析结果表明,提出的预测模型能够准确预测多孔喷嘴结构条件下的气泡脱离尺寸。

多气泡耦合作用下非球状特性数值研究

为了研究多个气泡相互耦合作用时其表现出的运动特性,采用基于势流理论的边界元方法对多气泡间耦合作用进行数值模拟。将数值解与Rayleigh-Plesset方程解析解对比,使得数值模型的有效性和收敛性得以验证;然后,建立3个气泡的数值模型,研究无量纲参数气泡间距d对气泡运动和形态的影响。等间距布置3个气泡,当d=1.8时,中间的气泡在抑制作用下呈现"圆柱状",随着气泡间距的增大,其最终趋于"球形",且气泡上、下2个气泡射流速度增大;不等间距布置3个气泡,距离远的气泡最先发生射流,射流完成时该气泡已开始回弹。

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.

非球形水下爆炸气泡坍塌机制

为研究非球形水下爆炸气泡的坍塌机制和射流特性,采用水下爆炸实验和数值模拟相结合的手段,研究了典型的柱形装药自由场水下爆炸气泡的运动过程。实验结果与数值模拟结果符合较好,通过对比发现,非球形水下爆炸气泡坍塌所形成的射流与球形气泡坍塌射流的行为存在差异。研究结果表明:非球形气泡的坍塌过程与气泡初始形态的局部曲率半径有关,初始气泡表面曲率半径大的区域的初始膨胀速度较曲率半径小的区域的小,坍塌时刻也较早,导致气泡产生非球形坍塌。

梢涡空泡研究发展现状

梢涡空泡的初生问题在空泡研究领域中一直是一个难题,对梢涡空泡的研究不仅可以用来预报空泡初生,还能在在此基础上研究出改进措施.在此对近20年来梢涡空泡理论和数值计算的相关内容进行了分析总结.梢涡空泡的初生受到多种因素的影响:流体品质(主要指流体中游离气核的尺寸分布),流场平均压力,以及局部脉动压力.现今提出的初始梢涡空泡数尺度公式将这三个因素都考虑在内,但脉动压力和流体品质的真正作用机理还需进一步研究.在数值计算领域,主要建立了球形空泡模型和非球形空泡模型,对在考虑不同因素下的整个梢涡空泡变化过程进行了模拟计算.

一种海面微波散射模式的迭代解

采用随机粗糙面上部分覆盖球形气泡的海面微波散射模式,将非均质大气中的光散射的辐射传输理论推广到此模式中去,得到了辐射强度满足的积分方程关系式。

Pilot Study on the Oscillation and Migration of a Spherical Bubble Escaping from the Lateral Propulsion Hole

在凶恶海洋环境，侧面的推进洞能潜在地是部分从水和俘获一个空气洞。当在水下的捕获的空气洞逃跑和他们可以影响声纳的表演时，水泡将形成。普通商业计算液体动力学软件 CFX 被采用在一个动人的容器产生的侧面的推进洞附近计算周围的流动领域。球形的水泡的摆动基于 Rayleigh-Plesset 方程，它的迁居用动量方程被建模。震荡的水泡的散发的噪音也被学习。目的是从这份报纸的结果将提供某卓见进相应液体和声学的学习。

Numerical Simulation of Concentration Field on Liquid Side around Bubble during Rising and Coalescing Process in Non-Newtonian Fluid

根据 Navier-Stockes 方程和传送对流散开方程，与表面紧张和穿入模型，结合了在水泡和周围的非牛顿的液体之间的时刻和集体转移的方程被建立。从从进周围的液体的一个人工地固定的水泡的 1.0 公里直径和集体转移的一张在水下的嘴的一个单个水泡的形成被体积模仿 -- 液体(VOF ) 方法。在模拟结果和试验性的数据之间的好同意证实了数字方法的有效性。而且，在升起附近的集中分发起泡在砍变瘦非牛顿的液体被模仿。当有低于 2.0 的水泡变丑率的一个单个椭圆体的水泡的过程升起时，集中分发是一在水泡的家单个尾巴醒来，但是当水泡变丑率比 2.0 大时，它是分数维的。为追上二个同轴的升起水泡，在二个水泡之间的集中分发区域逐渐地拓宽然后结合发生。集中分发的分叉出现在结果的水泡的尾部。

液体表面现象的演示设计

介绍了有关液体表面层、单液膜和双面膜球形气泡内外压强差的比较以及毛细现象中液面高度随半径变化规律的演示设计和实验方法.

液体表面现象的定性和半定量研究

运用分子作用球模型、杨氏-拉普拉斯公式等定性和半定量的研究方法,设计了液体表面层、单面和双面球形液膜附加压强、毛细现象中液面高度随半径的变化规律的等实验方法。这些实验方法既可以作为设计性实验又可以作为课堂演示实验。

超声场中气泡的耦合运动

超卢场中气泡除径向振动外,还可能会平动并且相互影响。本文以考虑邻近气泡次级声辐射影响后的球形气泡径向振动模型为基础,结合气泡在声场中受到的力,利用数值方法研究了平面波声场中不同尺寸的两气泡径向振动和平动规律。发现尺寸较大气泡的径向振动具有一定的本征性特征且具有较大平动位移。利用高速摄影系统定性地观察了气泡运动和泡群分布状态。实验表明大气泡以较快的速度平动同时伴有小幅径向脉动。我们还观察到了气泡相互吸引聚合的现象,此类行为可归结为次级声辐射的影响。

新型球形孔低孔隙率高强度泡沫铝合金

采用位移传感计算机技术, 实时测量液态泡沫铝合金孔隙率随时间变化 Pl-t 曲线. 研究了铝合金熔体泡沫化过程中熔体泡沫的孔隙率与泡沫孔形状从球形、类球形到多边形的变化规律, 以及气泡孔径及壁厚变化规律. 由此获得了新型球形孔低孔隙率泡沫铝合金的控制方法. 研究了其压缩应力-应变曲线及吸能性能, 并与多边形孔高孔隙率泡沫铝合金的性能相比较.

铝合金熔体中球形泡沫的生长

高技术领域的需求使具有更高强度和更高能量吸收能力的球形泡沫铝合金成为前沿热点之一,因而需要深入揭示铝合金熔体中球形泡沫的生长规律以便控制.文中采用面心立方等三种堆积的理论模型和实验相结合的方法研究了铝合金熔体中球形泡沫的生长过程.理论结果和实验结果符合良好,表明:在铝合金熔体球形泡沫生长过程中,球形气泡等径、气泡总数N不变和球形泡沫以面心立方等径球堆积生长模式的假设是合理的,从而有益于球形泡沫铝合金的平均半径和平均壁厚的控制.

非牛顿流体中的空化 生物医学和生物工程的应用

空化是流体中局部地区形成含蒸气和气体的空隙或气泡的现象。在科学和工程的许多领域中，例如声学、生物医学、植物学、化学和水力学等，空化是一个重要的现象。空泡动力学和空化的非牛顿特性基本上是与牛顿流体特性不同的。最显著的影响来自延伸流动中聚合物溶液的粘度急剧增加，就象在生长或崩溃阶段产生的一个球形气泡。此外，许多生物液体，如血液、关节液和唾液等均具有非牛顿特性，并显示明显的粘弹性行为。