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634 2018 年 9 月

Cross_correlation_coefficient 级。空化核记忆效应的实验同时也证明了空化核空
∑ 间分布并不均匀，其分布基本与空化云的空间分布
X k (i)X K+1 (i)
i , (3)
2 一致。因此我们可以通过控制空化云的方式在一定
= √ ∑
2 √ ∑
X k (i) X k+1 (i)
i i 时间内控制空化核的分布，反之，也可以通过控制空
其中，X k (i)和X K+1 (i)是关机前的k 时刻和开机后 化核的分布在一定时间内控制空化云的分布。薄层
的 k + 1 时刻的空化云进行二值化处理后的图像，i 结构强化了空化云的记忆效应，对于空化核研究将
是图像中的像素序号。从图中可以看出，在当前的 有所助益。
实验条件下，时间间隔小于 5 s 以内，空化记忆效应
所保留的原有空化结构的信息是可识别的。当换能 6 讨论与结论
器关闭后，空泡不再径向振动，在液体中形成不同尺
薄层空化因为空间和边界的特殊性而呈现如
寸的气泡，我们追踪了空化云消失后产生的一个小
下特征：(1) 因超声能量衰减而产生的在辐射面法
气泡(如图46所示)。
线方向的声流受到限制，这意味着含气较高的空泡
0.90
无法像大空间那样被带离超声辐射面而是会碎裂
ቇӑፇ౞Ѻၷ
0.85 ቇӑፇ౞߹Лԧ࡙ 化；(2) 近场声场本身非常复杂，加上空化云的反射
ᄱТጇ஝ 0.80 散射，使内部声场异常复杂且难以保持稳定；(3) 空
间狭小影响了空泡尺寸，限制空化云的纵向发展；
(4) 周界入口截面小，流场具有特殊性。
0.75
上述特征决定了液体薄层空化云是不同于其
0.70
0 5 10 15 20 25 30 35 他空化云的特殊类型的空化云。薄层空化云不存在
௑ᫎᫎᬦ/s
稳定的形态，这一点让人不好把它作为一个整体看
图 45 空化结构相关系数随时间间隔的变化 待。尽管形态各异且时时在变，但是它存在相对稳
Fig. 45 Correlation coefficient of cavitation struc- 定的云水边界，以此为切入点，我们尝试从云水边界
tures for increasing time intervals
的特征元素出发对薄层空化云进行研究。液体薄层
空化云的类乳化和乳化转相现象、空化云结构和演
᫻ॖ ඡจ
化所表现出的宏观力学行为、空化云的弯曲云水边
0.04 A C 界及其类表面张力、空化云保持和恢复初始形态的
᧘ҧ ᤂү 宏观稳定性、空化云的恢复原有分布的记忆效应等
ᢾᤜ
0.03 A 等，促使我们相信存在将空化云视为一种特殊介质
ᤴए/(mSs -1 ) 0.02 (a) ඡจᤂүᄊѺ (b) ඡจᤂүᄊᢾ 的可能性。在今后的研究中，我们将尝试从空化云
0.2 mm
B
的可压缩性、相变等角度对液体薄层空化云进行分

0.01 ݽጼག(ঌི) ᤜ(ॖϸԯҫ) 析。
V BC ĵ 0.37 mm/s
B C
0
0 50 100 350 400 致谢 感谢已故的应崇福院士对本研究方向的指
௑ᫎᫎᬦ/ms
导和支持。斯人已去，音容宛然，大音希声，源滴清
图 46 关机瞬间一个典型气泡的运动过程 泉，向应先生致以崇高的敬意！
Fig. 46 The motion of a typical air bubble when
turn off the transducer
参 考 文 献
薄层空化结构因为云区水区相互交织，交界明
显，具有非常丰富的位置信息，这有助于更好地评价
[1] Bai L, Xu W, Tian Z, et al. A high-speed photographic
空化的记忆效应。液体薄层中的记忆效应持续长达
study of ultrasonic cavitation near rigid boundary[J]. J.
数秒钟，较目前报道的最长的记忆时间高一个数量 Hydrodyn. Ser. B, 2008, 20(5): 637–644.