对声致发光单气泡半径计算

从Keller-Miksis方程出发,推导出声致发光气泡半径微分方程,通过数值计算,计算出不同驱动声压,不同驱动声压频率下的气泡半径,讨论了驱动声压,驱动声压频率与声致发光气泡半径的关系,得到理论计算结果与实验数据很好的吻合.     

空化气泡发光机理

介绍了单气泡声致发光现象的主要研究进展,总结了理论计算研究结果.通过求解流体力学方程组等比较完全的数值计算,发现空化气泡发光机理就是高温、高压和高密度的气体发光,因气泡达到的温度不同,有时原子或分子线谱贡献占优势,有时连续谱占主导.通过研究单气泡形状不稳定性,发现声压的非球对称微小偏离导致驱动声压上限.     

气体性质对单泡声致发光平衡参数空间的影响

构造了一个描述气泡宏观运动的均匀非绝热模型,结合气泡的平衡机制,分析了空气和惰性气体的各种特性对单泡声致发光的平衡参数空间的影响．发现气体性质通过对平衡参数空间的影响对单泡声致发光起着重要作用．其中热传导系数起着主要作用,它的减小将导致气泡的平衡半径与压缩比增大,并导致发光亮度的增强．     

声致发光的计算

改进了单气泡声致发光均匀模型,新模型包含了热扩散、水蒸气扩散和化学反应用来描述气泡动力学,而电子-原子轫致辐射,电子-离子轫致辐射和复合辐射,电子对原子或分子的附着辐射以及OH基和Na原子的线谱辐射过程用来计算光发射．利用该模型计算光脉冲宽度、单次发光光子数、连续光谱和线状光谱以及化学反应气体产物,并且尝试与所有可利用的实验数据做比较．对于氩或氙气泡的许多情形,我们的计算与观察结果符合得很好,但气泡单次发光光子数与实验数据无法符合．我们还发现对于氦气泡,计算的光子数总是太少,无法解释观察到的结果．     

泡群内气泡振动特性分析

本文从均匀球状泡群内气泡非线性振动方程出发分析了驱动声压幅值、声波频率和液体环境对空化气泡振动特性的影响.数值分析结果表明:超声波驱动下的非线性振动气泡存在不稳定响应区,不稳定响应区主要分布在声波频率小于5 0 kHz的低频区和平衡半径小于1 0μm的微泡尺寸范围;平衡半径为3μm左右的空化微泡有较强的声响应能力和不稳定性,在特定的液体和声环境中,极易受到扰动生长为平衡半径更大的气泡;驱动声波频率一定的情况下,随着驱动声波压力的增加,气泡的非线性共振频率降低,声场中气泡的共振尺寸减小;平衡半径大的气泡空化阈值低,更容易引起空化效应.液体内溶解气体浓度影响空化进程以及空化声压阈值,溶解气体浓度越低空化阈值越高.     

对声致发光稳定性及声压极限的探讨

单泡声致发光现象中,气泡动力学特性的研究是十分重要的.结合Keller-Miksis方程和气泡稳定性方程,并引入绝热过程,利用龙格库塔法计算了不同驱动声压、不同环境半径下的稳定性曲线,并对驱动声压扰动下的稳定性相图做了讨论,得出引入绝热过程后稳定性区域及驱动声压上限一定程度增加的结论.     

硫酸溶液中与水中单泡声致发光的比较

在硫酸溶液中实现了稳定悬浮的单泡声致发光,分别用锁相积分频闪拍摄方法和光谱仪对不同浓度硫酸溶液中的声致发光气泡进行了气泡动力学和光谱学方面的研究,并且与水中的单泡声致发光气泡相比较,发现了一系列有价值的结果．硫酸中声致发光比水中的明亮,这其中很重要的一个原因是由于硫酸的黏度高,导致气泡的平衡半径较大,气泡内容纳的用来发光的工作物质较多．但是硫酸中声致发光气泡的膨胀塌缩程度并没有水中的剧烈,反映在光谱学测量方面就是其黑体辐射拟合温度较水中的低．     

新世纪内声空化声致发光的研究进展

介绍了21世纪创始6年来在声致发光方面理论研究和实验研究的国内外进展. 为了对比, 简要介绍了上世纪末的相应研究情况. 声致热核聚变、声(致)化学和声致发光共同以空化气泡内的高温、高压和高密度作为基础, 因此一并简单介绍了本世纪内对前两种声致效应的探讨.     

新世纪内声空化声致发光的研究进展——兼论声致热核聚变和声(致)化学

介绍了21世纪创始6年来在声致发光方面理论研究和实验研究的国内外进展.为了对比,简要介绍了上世纪末的相应研究情况.声致热核聚变、声(致)化学和声致发光共同以空化气泡内的高温、高压和高密度作为基础,因此一并简单介绍了本世纪内对前两种声致效应的探讨.     

Bjerknes力对微气泡运动特性的影响

以水为工作介质,利用气泡的控制方程,模拟微气泡在驻波声场中运动特性,分析了Bjerknes力对气泡运动轨迹的影响.结果表明:不同声压下,同一位置或相同声压不同位置的气泡所受到的Bjerknes力的系数相差几个数量级,气泡在向声压波腹区域移动过程中,所受的主Bjerknes力先增大后减小,而次Bjerknes力一直增大,它们的作用使气泡在声轴周围形成一个圆环,声压越大,圆环越大.     

声波驱动下气泡群的非线性共振

由于次级声辐射的影响,泡群内的气泡处于群振动状态.基于气泡耦合振动方程,利用逐级近似法分析了气泡非线性声响应,得到了基频成分、一阶和二阶谐频成分、一阶和二阶次谐频成分的幅频关系式,并以此为基础分析了气泡在基频共振区(ω≈ω0)、一阶和二阶谐频共振区(ω≈ω0/2,ω≈ω0/3)的声响应特征.数值分析表明:泡群内气泡数密度以及气泡初始半径对其共振声响应影响显著,而气泡在泡群内所处的相对位置影响相对较小.气泡的次谐频共振(ω≈2ω0,ω≈3ω0)只有在驱动压力幅值超过一定阈值后才可能发生,且压力阈值随着气泡初始半径的增加而减小.     

不同温度下的频率失谐对单泡声致发光影响的实验观察

报道了驱动频率和谐振器本征频率不匹配对单泡声致发光强度的影响．实验结果表明：系统在一定的频率失谐范围内都可以实现单泡声致发光，但在不同的频率驱动下，有着不同的发光强度，并存在一个最佳频率，在该频率驱动下的发光强度达到最强．还对这种频率相关性在不同温度下的表现进行了研究，结果表明随着温度的上升，可发光的上限、下限和最佳频率升高，可发光频率宽度变宽．这些频率的随温度升高而升高，在理论上可以从声速与温度的关系上进行解释．同时，也测定了可发光的频率-声压参数域，以及它随温度的变化关系．     

一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型

裂变气体释放(FGR)对燃料元件的热力演化过程有着极其重要的影响,准确地模拟反应堆中裂变气体释放是燃料元件性能分析程序开发的最基本内容之一, 也是重要的评价准则. 本文围绕快堆边界下的裂变气体释放行为展开详细论述,基于气体原子与气泡行为模型,模拟了晶内气体原子的产生、自由扩散、俘获-再溶解等行为,以及晶内气泡的形成、生长、融合、移动等行为.模拟了晶界气泡的生长、连接、通道形成与气体释放等过程. 通过数值方程组离散和迭代计算,建立了一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型. 经过与理论及实验数据对比,结果显示该模型能准确预测燃料元件的裂变气体释放份额与气体肿胀量,能较好地模拟晶内气泡浓度与尺寸. 表明该模型可以用于快堆燃料元件性能分析.     

超声空化影响因素的数值模拟研究

在超声空化理论基础上,应用Matlab语言,对影响超声空化的各种液体物理参数及声场参数等进行了数值模拟,分析了空化泡崩溃时间与崩溃时泡内最高温度和最大压力的关系.结果表明,空化泡初始半径越大,需要的阈值声压越小;较低的温度和较低的超声波频率能使空化泡产生变得容易;声压幅值较高的超声波能使空化泡运动加剧;空化泡崩溃所用时间随空化泡内蒸汽压增大而变长;空化泡发生崩溃瞬间泡内的最高温度随气体比热比的增加线性增大,崩溃时泡内最大压力随气体比热比增大而减小.这为超声空化效应的研究和实际应用提供了基础理论依据.     

声波在双层不同空化阈值液体中的不对称传播

介绍了在由双层不同空化阈值的左右液体、通过透声膜耦合而成的一维传声系统中,实现声能量不对称传输的物理机理及参数相关性.由于左右液体的空化阈值不同,导致超声波在左-右和右-左传播的空化效应不同,出现了声能量传输的不对称性.该系统无需精心设计,易于实现.在理论上,基于两相流体理论提出了描述声空化液体中声场分布的动力学模型.数值计算表明这种能量传输不对称性与驱动声压和两种液体的空化阈值有关,且在一定条件下整流方向会出现反向.实验中建立自动控制逐点声压测量系统,研究了不同空化阈值液体组合中不同驱动下的声压幅值分布,证实了上述声能量传输不对称性的存在.本文的设想为实现声波单向传输提供了一种新的思路.     

声致发光法测量超声空化场的实验研究

依据鲁米诺增强声致发光原理,采用微光测量系统,对超声清洗槽内空化声场进行了测量,分析了声致发光强度与功率密度及驱动频率的关系.结果表明,当输入功率密度超过声致发光阈值时,液体中才出现声致发光现象;同一功率密度条件下,不同超声频率发光强度不同.     

磷酸和丙二醇溶液中多泡声致发光的实验研究

以磷酸和丙二醇两种黏滞系数不同的液体为实验对象,利用磁力加热搅拌器,观测到比较集中和稳定的多泡声致发光现象.通过测量三维和二维结构谐振腔中磷酸和丙二醇液体的声致发光强度,验证了多泡声致发光的周期性.实验结果表明,液体的声致发光强度对谐振腔电压、驱动信号频率、电感等可控参数非常敏感,并且与液体黏滞性和谐振腔结构有关.黏滞性大的液体不利于气泡脉动,发光强度较弱;三维结构的谐振腔比二维结构更容易实现声致发光,并且发光强度较强;在二维结构谐振腔中,磷酸的发光强度与液体厚度有关,而丙二醇的声致发光现象不容易观测到.     

转子转速和气体流量对2524铝合金除气效果的影响

采用水模拟实验和铝熔体除气实验相结合的方法研究了转子转速和惰性气体流量对旋转除气法除气效果的影响及其机理.研究结果表明转子转速和气体流量对除气效果具有重要的影响.随着转子转速的增加,气泡尺寸减小,作用的区域增加,除气速率提高.在一定范围内随着气体流量的增加,气泡数量增加,除气效率提高.但当气体流量过高时,气体在转子与熔体之间产生隔离作用,气泡影响区域减小,除气效果变差.在本研究范围内转速550~690 r/min,惰性气体流量1~3 L/min是合适的工艺参数.     

光声气体检测系统中半导体激光器的波长调制

在光声光谱法气体检测中,因为激光器发光波长需与待测气体吸收峰严格匹配,所以需对激光器波长精确调谐.由于半导体激光器发光的波长与温度、驱动电流间有确定的关系,采用波长调制的方法,在一定精度的温度控制下,对波长进行扫描,可确保激光器驱动信号在一个周期内能够产生稳定的光声信号.实验表明,该方案能满足光声气体检测系统的要求.     

双频激励超声造影剂微气泡差频特性的理论和实验研究

超声参量阵效应产生的差频超声由于具有较小的衰减系数,能够有效提高传播深度而实现深层组织的超声成像.本文基于RPNNP方程,对双频激励超声造影剂微气泡所产生差频信号声压进行了理论推导,并用Runge-Kutta算法进行了数值模拟,对差频信号产生的条件包括激励声压、超声频率和气泡大小等进行了优化,同时用不同参数的双频信号辐射造影剂实现差频超声激发的实验研究,理论与实验结果均表明当双频信号的频率差接近气泡的共振频率时可以大幅度提高差频信号的声压(28 d B),获得高信噪比的差频信号,本研究为双频超声激励下造影剂差频成像的实际应用提供了研究基础.