群振动气泡的非线性声响应及空化分析

在多泡系统中考虑了气泡间次级声辐射和群振动引起的边界振动,进而得到群振动气泡动力学方程。通过逐级近似法对群振动气泡动力学方程进行了非线性分析,得到了二分频和三分频分振动幅值随频率和基频振动幅值变化关系。并基于分频振动产生条件进行了数值分析,发现稳态空化阈值相对较低,且三分频振动只存在于大于三倍气泡共振频率的区间内。利用空化气泡崩溃辐射声强表征空化强度,分析了群振动气泡相关的惯性空化特征,数值分析结果表明:对初始半径相同的气泡,惯性空化气泡能量转换能力要高3个数量级以上,气泡初始半径在3~10μm区域声响应和能量转换能力较强;低频区声波作用下空化气泡的惯性空化阈值约为1 atm(1 atm=101325 Pa);对空化气泡分布区内的气泡,初始半径越大,惯性空化阈值越低。在一定的声作用环境下,调控驱动声波频率和强度可实现空化区域内空化强度的有效调控。

声波驱动下气泡群的非线性共振

由于次级声辐射的影响,泡群内的气泡处于群振动状态.基于气泡耦合振动方程,利用逐级近似法分析了气泡非线性声响应,得到了基频成分、一阶和二阶谐频成分、一阶和二阶次谐频成分的幅频关系式,并以此为基础分析了气泡在基频共振区(ω≈ω0)、一阶和二阶谐频共振区(ω≈ω0/2,ω≈ω0/3)的声响应特征.数值分析表明:泡群内气泡数密度以及气泡初始半径对其共振声响应影响显著,而气泡在泡群内所处的相对位置影响相对较小.气泡的次谐频共振(ω≈2ω0,ω≈3ω0)只有在驱动压力幅值超过一定阈值后才可能发生,且压力阈值随着气泡初始半径的增加而减小.

超声波驱动下微管内两气泡间的相互作用

本文发展了气泡和管径可相比拟时管内两气泡间相互作用的理论模型.当管长度一定时,两气泡在管内的声响应取决于两气泡-液柱耦合振动系统的声响应.气泡初始状态、管尺寸以及气泡在管内的位置等都会影响耦合振动气泡的线性共振频率和幅值.采用逐级近似法分析了两个耦合振动气泡(bv=0)和对称状态下单气泡的非线性声响应特性,得到了3倍频和1/3分频振动幅度-频率响应关系.结果表明:系统非线性效应促进基频振动能量向倍频和分频振动传递,气泡间的相互作用和介质黏性对此能量传递过程也有促进作用.