吴学由 梁金福

(贵州师范大学物理与电子科学学院,贵阳 550025)

基于摄动理论和广义伯努利方程,推导出单气泡在超声场中径向振动方程、平移方程和气泡形变方程.数值计算这3 个方程,可以得到气泡半径、气泡中心的位移和气泡形变随时间的演化图.计算结果表明:当气泡初始半径和驱动声压不变时,气泡中心初始平移速度增大,气泡径向振动几乎不变,但气泡中心位移和形变量增大,气泡非球形振动愈加明显.当初始平移速度比较小时,气泡的 R0-pa 相图中,不稳定区域仅集中在高驱动声压区域.随着气泡中心初始平移速度不断增大,半径和驱动声压均较小的区域开始呈现不稳定性,且整体不稳定空间范围逐渐增大.另外,气泡在声驻波场中不同位置呈现出不同的振动特征.离波腹点越近的气泡,其径向振动幅度越大,但气泡的平移和形变量变化很小,R0-pa 相图中不稳定性区域平面分数之间的误差小于4%.

1 引 言

当强超声通过液体时,液体中微小气泡(即空化核)会成长为肉眼可见的、微米量级的气泡,这种现象称为声空化[1].形成的气泡叫做空化泡.空化泡在声场的作用下,其径向运动表现出先缓慢膨胀,然后急剧塌缩,最后反弹的周期性脉动现象.空化泡塌缩至最小半径前后,其内部会产生极端的高温高压,气泡内部物质可能发生电离,导致光辐射,这种现象称为声致发光[2].空化泡内部的高温高压已被应用到超声清洗[3]、纳米材料……