Page 30 - 《应用声学》2021年第3期

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阶段沿声压激励方向向两边分裂，与文献 [20] 实验 [5] Noltingk B E, Neppiras E A. Cavitation produced by ul-
观测结果吻合。 trasonics[J]. Proceedings of the Physical Society. Section
B, 1950, 63(9): 674–685.
[6] Neppiras E A, Noltingk B E. Cavitation produced by ul-
3 结论 trasonics: theoretical conditions for the onset of cavita-

tion[J]. Proceedings of the Physical Society. Section B,
建立了超声空化泡的有限元仿真模型，利用有 1951, 64(12): 1032–1038.
限元软件模拟了超声驱动下水中单泡的空化动力 [7] Poritsky H. Proceedings of the first U.S. national congress
学过程。基于仿真模拟获得的不同时刻空化泡的演 on applied mechanics[M]. New York, 1952: 813–817.
[8] Omta R. Oscillations of a cloud of bubbles of small and
化图像，采用图像处理算法，获得了气泡半径随时
not so small amplitude[J]. The Journal of the Acoustical
间的变化曲线。在此基础上，分析了单泡形态变化 Society of America, 1987, 82(3): 1018–1033.
过程中泡内及泡外附近压强和气体密度分布。结论 [9] An Y. Formulation of multibubble cavitation[J]. Physical
Review E, 2011, 83 (6 Pt 2): 066313.
如下：
[10] 王成会, 林书玉. 超声场中气泡的耦合运动 [J]. 声学学报,
(1) 仿真计算所得气泡半径随时间的演化规律 2011, 36(3): 325–331.
是先缓慢膨胀到最大后迅速塌缩，与实验拟合的 Wang Chenghui, Lin Shuyu. The coupled motion of bub-
R-P 方程计算所得气泡半径随时间的变化趋势一 bles in ultrasonic field[J]. Acta Acustica, 2011, 36(3):
325–331.
致，从而验证了有限元仿真模型的可靠性。
[11] 胡静, 林书玉, 王成会, 等. 超声波作用下泡群的共振声响
(2) 单泡形变过程中，泡内压强与气体密度变 应 [J]. 物理学报, 2013, 62(13): 314–320.
化与单泡体积变化成反比。 Hu Jing, Lin Shuyu, Wang Chenghui, et al. Study of
resonance sound response for bubble cluster in ultrasonic
(3) 单泡膨胀阶段，单泡泡内压强与气体密度
field[J]. Acta Physica Sinica, 2013, 62(13): 314–320.
大于泡外附近压强与气体密度，并且压强与气体密 [12] 王成会, 莫润阳, 胡静, 等. 球状泡群内气泡的耦合振动 [J]. 物
度以单泡中心为球心向外递减。 理学报, 2015, 64(23): 164–171.
(4) 单泡压缩阶段，单泡附近的压强与气体密 Wang Chenghui, Mo Runyang, Hu Jing, et al. Coupled
oscillation of bubbles in a spherical bubble cluster[J]. Acta
度不再是球形均匀变化，而是在声压垂直方向要大 Physica Sinica, 2015, 64(23): 164–171.
于声压激励方向，从而导致在超声空化过程中气泡 [13] 王成会, 莫润阳, 胡静, 等. 泡群内气泡振动特性分析 [J]. 中
呈非规则球形变化。 国科学: 物理学力学天文学, 2017, 47(2): 59–67.
Wang Chenghui, Mo Runyang, Hu Jing, et al. Vibra-
(5) 单泡压缩阶段后，在声压垂直方向压强与
tion characteristic of bubbles inside a spherical cluster[J].
气体密度要大于声压激励方向气体密度，对比单泡 Scientia Sinica Physica, Mechanica & Astronomica, 2017,
形变，说明单泡压缩阶段过后，沿声压激励方向向两 47(2): 59–67.
边分裂。 [14] 莫润阳, 胡静, 王成会, 等. 群振动气泡的非线性声响应及
空化分析 [J]. 陕西师范大学学报 (自然科学版), 2020, 48(3):
本文研究结果将为模拟更加复杂的超声空化 39–47.
泡及泡群动力学过程提供参考借鉴，相关研究工作 Mo Runyang, Hu Jing, Wang Chenghui, et al. Nonlinear
将在后续进行。 acoustic response of bubbles in a cluster and cavitation
analysis of bubble-liquid mixture[J]. Journal of Shaanxi
Normal University (Natural Science Edition), 2020, 48(3):
39–47.
参 考 文 献 [15] Tian Y R, Ketterling J A, Apfe R E. Direct observation of
micro-bubble oscillations[J]. The Journal of the Acoustical
[1] 冯若, 李华茂. 声化学及其应用 [M]. 合肥: 安徽科学技术出版 Society of America, 1996, 100(6): 3976–3978.
社, 1992: 67–100. [16] Kozuka T, Hatanaka S, Yasui T, et al. Observation of a
[2] Thorneycroft J, Barnaby S W. Torpedo-boat destroy- sonolumi-nescing bubble using a stroboscope[J]. Japanese
ers[J]. Minutes of Proceedings of the Institution of Civil Journal of Applied Physics, 2000, 39(5B): 2967–2968.
Engineers, 1895, 122: 51–103. [17] 张德俊, 汪承灏. 单一空化气泡运动的高速摄影的实验研
[3] Rayleigh L. On the pressure developed in a liquid during 究 [J]. 声学学报, 1966, 3(1): 14–20.
the collapse of a spherical cavity[J]. Philosophical Maga- Zhang Dejun, Wang Chenghao. Experimental investiga-
zine Series 6, 1917, 34(200): 94–98. tion of high-speed photography for the motion of a single
[4] Plesset M S. The dynamics of cavitation bubbles[J]. Ap- cavitation bubble[J]. Acta Acustica, 1966, 3(1): 14–20.
plied Mechanics, 1949, 16: 277–282. [18] 葛曹燕, 李同保, 程茜, 等. 单泡声致发光中气泡运动特性的