Page 212 - 《应用声学》2024年第1期

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溶液来进行试验。本实验选用的不同浓度 CAB-35 其主要作用为降低环境中微小扰动对气泡影响。
溶液的物性参数如表 1 所示。本实验利用德国 dat- 声频采集装置选用科尚仪器的 KSI-308A-213
aphysics公司生产的DCAT21表面张力仪来测量溶 型传声器搭配 SIRIUS-CD 型 Dewesoft 数据采集系
液的表面张力系数；利用 Brookfield DV2T 黏度计 统。高速摄像系统选用奥林巴斯 i-SPEED 3 SE-
来测量溶液的黏度。 RIES 型高速摄像机搭配 Nikon AF 50 mm 1.4D 标
稳压箱为透明亚克力材质，为便于实验操作， 准镜头，相机帧频设置为 15000 Hz。由于相机帧
正面开门，稳压箱的尺寸为30 cm × 30 cm × 60 cm， 频较高，需添加补光灯来提升画面亮度，光源为
BEIYANG LED-200WSI型LED灯。
ॲ᧚ฌ࠱ด 实验步骤包括以下几个方面：首先用毛细玻璃
ᰴ
ᤴ 管蘸取一定高度的液体，将其放置在稳压箱内的架
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子上；启动微量注射泵，通过调节微量注射泵中的气
体体积来吹制不同大小的气泡；微量注射泵运行时
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散热风扇会一直启动，为避免对声频采集造成影响，

ඐጺ 气泡吹制完毕后需关闭微量注射泵；当气泡吹制完
ဝၕኮ ͜ܦ٨ ᝠካ఻ 毕，开始录制气泡破碎时的声发射；待气泡破碎完

ሷ 成，停止录制。
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ඡจ 为保证变量唯一性，当研究表面张力系数对气
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کАጮ 泡破碎时声发射过程的影响时，每次吹制的气泡
的大小、液膜厚度需保持一致。本文通过控制微量
注射泵注射的气体体积 V 来控制气泡半径 r 0 ，即
气
√
3 3V 气
r 0 = ；通过控制实验过程中蘸取的液体量
LED 4π
Аູ V 来控制气泡液膜厚度h，即
液
ࠄ௑ηՂ᧔ᬷˁѬౢጇፒ √ 3(V + V ) √ 3V
3
3
h = 气 液 − 气 ,
图 3 实验装置图 4π 4π
Fig. 3 Experimental setup 从而控制气泡半径r 0 与气泡液膜厚度h。
表 1 不同配比溶液的物性参数
Table 1 Physical parameters of solutions with different proportions

溶液代号 表面张力系数/(mN·m −1 ) 测量相对误差/% 密度/(g·mL −1 ) 黏度/(mPa·s) 温度/ C 精确度/(mPa·s)
◦
1 54.91 1.01 0.9988 1.93 26 0.10
2 49.51 0.87 0.9955 1.93 26 0.10
3 44.88 0.99 0.9983 1.93 26 0.10
4 40.73 1.11 0.9982 1.94 26 0.10
5 30.45 0.74 0.9977 1.96 26 0.10
6 29.10 1.05 0.9974 1.96 26 0.10

1.2.2 悬挂气泡破碎时的声发射过程 泡受微小扰动产生初始破碎点，受表面张力作用

气泡破碎时的声发射过程与气泡破碎过程息 液膜逐渐卷曲，气泡破碎；待气泡吹制完成，传声
息相关。实验结果显示气泡吹制完成后其并不是 器开始以 50 kHz 频率进行声频采集，因此频率为
立即破碎，而是经过一段时间的排液过程，如图 2 0 ∼ 25 kHz 的声频信息可以被有效采集。图 4 是
所示，当顶部液膜受重力效应减薄至一定程度，气 半径为 5.23 mm、液膜厚度为 0.0055 mm、吹制气