Page 145 - 《应用声学》2020年第5期

第 39 卷 第 5 期 姚炳廷等： 超声搅拌磁流变抛光液的声场仿真分析 787

变幅杆位于烧杯的中心。声场的测量使用精密 结果，变幅杆输出端平面设为 z = 0，正方向向下。
型声强测量仪，将测量仪探棒前端浸没于磁流变抛 随着测量深度的增加，变幅杆轴向声压减弱，声压
光液，探棒使用试管夹夹持，在烧杯上固定直尺，探 最大值出现在距超声变幅杆输出端 18 mm 范围内。
棒靠在直尺上以调整水平方向距离，移动试管夹螺 变幅杆不同探入深度下，声压幅值的分布有相似的
母可以调整探头竖直方向距离。水平和竖直移动的 规律，在 z 坐标 z = 25 mm、z = 60 mm 的位置，出
距离间隔设为10 mm。改变超声振动装置的功率测 现两个极大值点，两个极大值点之间的距离约为波
量不同功率下的声场分布。 长的一半，声压的增强主要是由次谐波振荡的压力

引起的。
2 结果与讨论
图 6 为变幅杆输出端轴向声强分布的仿真结
2.1 超声变幅杆探入深度的影响 果，尽管变幅杆探入深度不同，声强都在距变幅杆输
图 4 为变幅杆不同探入深度下磁流变抛光液 出端 20 mm 范围内迅速衰减，20 mm 后缓慢衰减。
中的声压分布仿真结果。在相同的容器尺寸下， 变幅杆入液深度 10 ∼ 30 mm 的轴向总体声强随探
变幅杆输出端 18 mm 范围内的环形区域声压最 入深度增大而减小，变幅杆探入深度30 mm 时距变
强。随着变幅杆探入深度的增加，负压区逐渐下 幅杆输出端20 mm范围内的声强最低。综合比较各
移。探入 30 mm 后负压区逐渐贴近壁面并向四角 个探入深度，发现变幅杆探入10 mm时轴向声强较
移动。 大，颗粒更容易分散。探入深度为30 mm 与40 mm
图5 为变幅杆输出端轴向声压幅值分布的仿真 时效果不理想。

Pa Pa Pa Pa
7.26T10 5 6.84T10 5 6.12T10 5 7.47T10 5
T10 6 T10 6 T10 6 T10 6
0.5 0.5 0.5 0.5
0 0 0 0
-0.5 -0.5 -0.5 -0.5
-1.0 -1.0 -1.0 -1.0
-1.5 -1.5 -1.5 -1.5
-2.0 -2.0 -2.0 -2.0
-3.12T10 6 -2.92T10 6 -2.9T10 6 -2.97T10 6
(a) 10 mm (b) 20 mm (c) 30 mm (d) 40 mm

图 4 变幅杆不同探入深度的声压分布
Fig. 4 Simulation of acoustic pressure propagation at different penetration depth of the horn

4 100
10 mm 10 mm
20 mm 20 mm
3 30 mm 80 30 mm
40 mm 60 40 mm
50 mm
50 mm
ܦԍ/MPa 2 1 ܦू/(WScm -2 ) 40

20
0
0
-1
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
ᣉՔᡰሏ/mm ᣉՔᡰሏ/mm
图 5 变幅杆输出端轴向声压幅值分布 图 6 变幅杆输出端轴向声强
Fig. 5 Amplitude of axial pressure of the horn Fig. 6 Axial sound intensity of the horn