Page 69 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 王明升等： 椭球粒子声辐射力计算及分析 555

90 0.702 90 0.25
80 0.6 80 0.2
70 0.4 70
β/(O) 60 β/(O) 60 0.1
0.2
50 50
40 0 40 -0.001
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
kb kb
(a) ᭆ᫽ a⊳b=1/2 (b) ʷ᫽ a⊳b=1/2

90 0.54 90 0.17
0.15
80 80
0.4
70 0.3 70 0.10
β/(O) 60 β/(O) 60
0.2
0.05
50 0.1 50
40 0 40 -0.004
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
kb kb
(c) ᭆ᫽ a⊳b=1 (d) ʷ᫽ a⊳b=1
90 0.33 90 0.11
0.3 0.10
80 80
70 0.2 70
β/(O) 60 β/(O) 60 0.05
0.1
50 50
40 0 40 -0.006
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
kb kb
(e) ᭆ᫽ a⊳b=2 (f) ʷ᫽ a⊳b=2

图 4 刚性椭球粒子的轴向声辐射力
Fig. 4 The axial acoustic radiation force of a rigid spheroid

从图 5 观察可知，在零阶 Bessel 波束和一阶 力的产生，并且有利于产生较大的负向声辐射力。
Bessel 波束的照射下，随着 a/b 的增加，轴向声辐射 在一阶 Bessel 波束轴向入射下，扁平椭球粒子
力函数 Y z 的最大值将逐渐增加。这一现象明显不 在计算频率范围内产生负向声辐射力的初始位置
同于刚性椭球粒子，这是因为刚性椭球粒子在外界 大概是在 kb = 1.1, β = 64 处，标准球粒子的初始
◦
声波的照射下，只存在镜反射波和 Franz 波，这两 位置大概是在 kb = 4.1, β = 51 处，细长椭球粒子
◦
种波只与粒子本身外形尺寸有关。然而，液体椭球 的初始位置大概是 kb = 4, β = 36 。另外，明显观
◦
粒子相对于刚性粒子还存在反射和折射现象，因此 察可知，产生负轴向声辐射力的面积：扁平椭球粒
其声辐射力的幅值也将不止受到粒子本身尺寸的 子 < 标准球粒子 < 细长椭球粒子。因此可以得到，
影响。 细长椭球粒子能够在较小的波锥角作用下产生负
在零阶 Bessel 波束的照射下，扁平椭球粒子在 向声辐射力，并且产生负向声辐射力的区域面积比
计算频率范围内产生负向声辐射力的初始位置大 较大。
概是在 kb = 5, β = 75 处，标准球粒子的初始位置 同时，相对于同一尺寸的正己烷液体椭球粒
◦
大概是在 kb = 3.2, β = 41 处，细长椭球粒子的初 子，零阶 Bessel 波束相比于一阶 Bessel 波束能够在
◦
始位置大概是 kb = 2.8, β = 31 。另外，明显观察 较小的波锥角产生负向声辐射力，并且零阶 Bessel
◦
可知，产生负轴向声辐射力的区域面积：扁平椭球 波束产生负向声辐射力的区域面积较大。另外，零
粒子 < 标准球粒子 < 细长椭球粒子。因此可以判 阶Bessel 波束下产生负向声辐射力的幅值更大。因
断，在零阶Bessel波束照射下，细长椭球粒子相对于 此，对于正己烷液体椭球粒子，零阶Bessel波束应当
扁平椭球粒子和标准球粒子更有助于负向声辐射 优先应用在声波操控技术中。