Page 214 - 《应用声学》2024年第1期

210 2024 年 1 月

会变大，即气相流动速度加快，导致液膜边缘扰 55
ࠄᰎྲढ़૝ࣨ
动增大，进一步使气泡破碎时声发射的特征振幅 ᝠካྲढ़૝ࣨ
50
增大。
45
ྲढ़૝ࣨ/Pa
60 40
50 35
30
ྲढ़૝ࣨ/Pa 40 25

20
30
40
45
30
35
᛫᭧सҧጇ஝/(mNSm -1 50 ) 55
20
图 8 实验与模型的对比
10
Fig. 8 Comparison between experiment and
30 35 40 45 50 55
᛫᭧सҧጇ஝/(mNSm -1 ) model
(a) ᛫᭧सҧጇ஝ࠫྲढ़૝ࣨᄊॖ־
2.2 气泡大小对气泡破碎过程声学特性的影响
400
改变吹制气泡大小时，气泡破碎过程辐射声
压的时域信号如图 9 所示，对时域信号进行频谱分
析，得到气泡破碎过程的特征振幅与特征频率，如
300
ྲढ़ᮠဋ/Hz 图 10 所示，从图 10 中可以看出，当吹制气泡液体
的表面张力系数为 29.10 mN/m、气泡液膜厚度为
200 0.0055 mm 时，气泡破碎过程的特征振幅会随着气
泡半径的增大而增大，而特征频率随气泡半径的增
大而减小。
100
30 35 40 45 50 55
1.5 r 0=4.15 mm
᛫᭧सҧጇ஝/(mNSm -1 )
r 0 =5.23 mm
(b) ᛫᭧सҧጇ஝ࠫྲढ़ᮠဋᄊॖ־ r 0=6.20 mm
1.0 r 0 =7.82 mm
图 7 表面张力系数对特征振幅与频率的影响 r 0=8.95 mm
r 0 =9.85 mm
Fig. 7 Influence of surface tension coefficient on 0.5
characteristic amplitude and frequency ܦԍ/Pa

公式 (17) 给出了气泡破碎时的声发射过程的 0
特征振幅，其中 ρ 0 = 1.29 kg/m ，c 0 = 340 m/s，将
3
气泡的物性参数与气泡破碎时声发射过程的特征 -0.5
频率代入进行计算，得到气泡破碎时声发射过程中 0 0.005 0.010
௑ᫎ/s
特征振幅随吹制气泡液体的表面张力系数变化而
变化的曲线。与实验数据进行对比，实验结果与计 图 9 气泡大小对气泡破碎过程辐射声压的影响
算吻合较好，结果如图 8 所示。值得注意的是，随着 Fig. 9 Effect of bubble size on radiation sound
pressure during bubble bursting
吹制气泡溶液的表面张力系数发生改变，气泡破碎
时声发射过程的特征频率也会发生改变，尽管图 7 随着气泡半径的增大，气泡内外的压强差
中显示其变化不大，但由于表面张力系数增加或减 ∆P = 4σ/r 0 会减小，但气泡内外压力差 ∆F =
小的值的量级较小，为 10 −1 ，因此在利用公式 (17) 4σ/r 0 · 4πr 在增大。气泡的初始破碎点逐渐扩散，
2
0
计算特征振幅时特征频率的改变会对计算结果产 当其达到一定面积时，可认为泄压已经完成，此时
生较大影响。 的压力波动显然是随着气泡半径的逐渐增大而增