Page 73 - 《应用声学》2021年第6期

第 40 卷 第 6 期 俞启东等： 超声空化及其声流结构实验研究 869

时，射流型声流的速度峰值也随之增加。但是输入 速度峰值显著减小。同样，y/D 的改变对于回旋流
功率的改变对于回旋流的影响十分微弱。对于相同 的影响十分微弱。上述实验现象表明，y/D 和输入
的输入功率来说，y/D 的改变显著影响了射流型空 功率能显著影响射流型声流的流场结构，但是对回
泡的速度峰值：随着 y/D 值的增加，射流型声流的 旋流的影响十分微弱。
1.0 1.0
P in=50 W P in=50 W
0.8 P in=100 W 0.8 P in=100 W
P in=200 W
P in=200 W
ࣱکᤴए/(mSs -1 ) 0.6 ࣱکᤴए/(mSs -1 ) 0.6
P in =250 W
P in =250 W
0.4
0.4
0.2
0 0.2 0
-2.0 -1.0 0 1.0 2.0 -2.0 -1.0 0 1.0 2.0
x⊳d x⊳d
(a) y⊳D=0.5 (b) y⊳D=1.0
1.0 1.0
P in =50 W P in =50 W
P in =100 W P in =100 W
0.8 0.8
P in =200 W 0.6 P in =200 W
ࣱکᤴए/(mSs -1 ) 0.4 ࣱکᤴए/(mSs -1 ) 0.4
P in =250 W
P in =250 W
0.6
0.2

0 0.2 0
-2.0 -1.0 0 1.0 2.0 -2.0 -1.0 0 1.0 2.0
x⊳d x⊳d
(c) y⊳D=2.0 (d) y⊳D=2.5
图 7 2D 超声空化流场结构速度云图
Fig. 7 2D velocity contour of ultrasonic cavitation flow field

种是变幅杆两侧的回旋流。射流型声流是由于超声
3 结论 变幅杆的超声辐射力作用，促使变幅杆底部流体朝

底部运动。变幅杆两侧的流体虽未受到超声辐射力
本文采用高速摄像和粒子图像测速系统分别
的直接作用，但是由于流体的黏性效应非常大，两侧
研究了超声场下的空化形态和声流场结构。实验研
流体在射流型声流的黏性力剪切作用下形成方向
究了 50 W、100 W、200 W 和 250 W 等 4 种不同输
相反的回旋运动。此外，通过研究空泡与声流最大
入功率对 18 kHz 的超声变幅杆附近空化及其声流
速度点之间的空间对应关系，发现声流是由空泡流
场的影响。主要结论如下：
动带动而产生的。
(1) 在变幅杆下端面处观察到由大量空化气泡 (3) 空间距离和输入功率能显著影响射流型声
均匀分布组成的倒置的锥形空泡结构。大量气泡通 流的流场结构：对于相同的距离来说，当输入功率增
过超声波的剧烈波动而产生的，并通过自组织效应 加时，射流型声流的速度峰值也随之增加；对于相同
远离变幅杆的声辐射面，朝向远离声辐射面的某固 的输入功率来说，随着距离的增加，射流型声流的速
定点运动，从而形成倒置的锥形空泡结构。除此之 度峰值显著减小。
外，当输入功率一定时，锥形空泡结构为不随时间发
生变化的稳态流动。
参 考 文 献
(2) 在超声变幅杆附近产生了两种显著不同的
声流结构，第一种是变幅杆底端的射流型声流，第二 [1] Ma X, Huang B, Wang G, et al. Experimental inves-