Page 140 - 《应用声学》2023年第6期

1250 2023 年 11 月

1600 1.4.5 基底不同边界条件对声场的影响
为了研究边界条件对声场分布的影响，分别考
1200
虑相同结构特性中基底为硬声场边界与阻抗边界
ܦԍϙ/Pa 800 (z = ρ × c) 时声波经过透镜聚焦后的声场分布情

[26]
况
。由于多物理场仿真软件中声场边界无法添
加在固-气交界面上，因此在探讨边界条件对声场的
400
影响中不考虑基底的形状与尺寸，然而在实际中基
0 底为单独的域，且存在壁厚，仿真设置中，除基底边
0 1 2 3 4 5 6
ᤩ᪫Ԓए/mm 界外，空气域的其余边界为平面波辐射边界，不同声
场边界条件的声场分布与幅值结果如图13所示。
图 12 透镜厚度对声场压力的影响
与实际建模仿真结果相比，基底为硬声场边界
Fig. 12 Effect of lens thickness on sound field
pressure 条件与阻抗边界条件时的聚焦区域最大声压均小
于基底为完整区域时的最大声压，然而，使用阻抗边
mm freq(1)=20 kHz ᛫᭧: ঴ܦԍ/kPa 界条件对声场分布的影响较小。在本研究中，与其

0.57
40 kPa 他类型的边界条件设置相比，选择将基底作为单独
0.6
30 0.4 域作为模拟的下一步骤。
0.2
20
0 2 声泳打印流场仿真
-0.2
10
-0.4
2.1 流场模型的建立与网格划分
0 -0.6
-0.65 为分析液体黏度、声压强度与喷嘴内径对喷印
0 20 40 60 mm
液滴尺寸的影响，对液滴喷印装置进行仿真分析。
(a) ᆶܦڤ᣸ႍ
mm kPa 本次仿真对层流-相场和压力声学物理场进行耦合，
40 0.33 在层流 -相场中调用压力声学接口的声压来计算声
0.6
30 0.4 辐射力。辐射压力 P rad 与声辐射力 F a 的表达式如
0.2 式 (5) 和式 (6) 所示，以体积力形式添加在层流接口
20
0
中。流体入口速度设置为8 mm/s，模型最上方的边
-0.2
10
-0.4 界设置为超声发射端。模型及网格划分如图 14 所
0 -0.6
-0.63 示，a 为流体入口长度，b 为喷嘴的第一段长度，c 为
0 20 40 60 mm
喷嘴第二段长度，e 为整个驻波场长度，结构参数如
(b) ᫾ઈ᣸ႍ
表3所示。
mm kPa
1.28
40
a
1.0
30
0.5
20
0 b
10
-0.5 e
0
-1.0
c
-10 -1.1
0 10 20 30 40 50 60 mm
(c) ߹ட۳अ۫ d
图 13 基底壁边界条件对声压分布与幅值的影响
Fig. 13 The comparison of the substrate wall (a) ᎪಫѳѬ (b) ᇨਓڏ
boundary condition effects on the the acoustic 图 14 声泳打印流场模型
pressure distribution and amplitude Fig. 14 Flow field model of acoustic printing