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.     

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.     

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．     

含有不同惰性气体的气泡的声致发光的阈值声压

气泡内的气体成分对声致发光阈值有很大影响. 通过对不同气体成分气泡的声致发光阈值的研究, 揭示了声致发光的机制. 实验结果表明, 随着惰性气体原子质量的依次降低, 声致发光的阈值声压逐渐增加, 结合实验所得的不同惰性气体对应的阈值声压, 对气泡内产生的温度进行数值模拟, 发现不同惰性气体的气泡对应的阈值温度相等, 而当声致发光很强情况下, 气泡的发光满足轫致辐射机制. 由实验和数值模拟的结果可以推测, 在超声空化过程中, 气泡内的水分子首先裂解并放出光子, 随着温度的升高, 惰性气体被电离, 产生轫致辐射. 气泡的发光是一个由分子辐射向轫致辐射的变化过程.     

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．     

单泡声致发光研究

介绍了作者在研究单泡声致发光SBSL动力学特性和发光特征方面的进展情况。用气泡振子模型，研究了在不可压缩、粘滞流体中气泡近球对称运动的动力学行为；运用Mie散射理论和Dave倒推算法，系统地计算了适用于单泡声致发光的Mie射测量参数；实验给出单泡发光强度的衰减特性、SBSL光强与频率的关系、SBSL与激励电压的关系等结果。     

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．     

声空化泡动力学及其测量

在评述当前声空化研究领域的最新进展基础上, 报道在声空化泡动力学理论和实验方面的研究结果. 首先, 考虑了实际非球对称声场驱动下的空化泡运动, 提出了一个非球形气泡动力学模型, 数值计算给出一种新的稳定的非球形振荡解. 然后, 设计了双路Mie散射系统, 对空化泡运动的球对称性进行了实验检测, 发现在低声压驱动的大气泡中存在明显的不同方向的非同步振荡. 作为一个推论, 得到了空化泡非球形振荡的证据. 并且完成了非球形振荡和驱动参数、液体参数的相关性测量, 具体参数包括驱动超声的幅度、频率, 液体的表面张力系数、黏度、含气量等. 最后, 介绍了数字移相频闪照明拍摄技术, 实现对稳态声空化泡的直接拍摄测量, 时间分辨率提升到20 ns, 相比已有的200 ns的时间分辨率, 提高了一个量级.     

非电极固定单颗粒限域电化学发光成像新策略

单细胞或单颗粒的电化学发光（ECL）成像法在细胞形貌和生物传感分析以及单颗粒表面催化机理方面的研究越来越受到研究者的重视。然而,微米级发光颗粒在电极表面的ECL成像受共反应试剂的传质、共反应试剂自由基寿命和颗粒光屏蔽效应等关键因素的影响尚未深入研究。受荧光成像法的启发,文章提出非电极固定单颗粒限域电化学发光成像新策略,即电极产生的共反应试剂自由基与非电极固定发光单颗粒进行化学反应而产生发光并进行成像。通过单颗粒逼近碳纤维（φ≈7.0μm）超微电极的电化学方法揭示了在扩散层内大粒径磁珠阻碍了电活性物质向电极表面的扩散。通过微米级发光磁珠（MB@SA/biotin-GSK-Ru1）吸附在工作电极表面的“正向”ECL成像法,发现大粒径发光磁珠的ECL强度远小于小颗粒发光磁珠的强度,揭示了磁珠接触电极使电极活性面积减小和磁珠的光屏蔽效应导致ECL强度降低。通过非电极固定单颗粒限域电化学发光成像新方法,发现电化学发光仅发生在共反应试剂自由基扩散层内,ECL强度也受到磁珠光屏蔽效应的影响,但是其光屏蔽效应影响小于“正向”ECL成像法。该研究工作为单颗粒限域电化学发光成像法研究提供了一种可选择的新策...     

超声场中双气泡非线性动力学参数

从气泡动力学出发,建立了双气泡在外加声场作用下的运动方程,对气泡间的相互作用力进行了研究.研究结果表明：考虑到气泡之间相互作用后,气泡的运动方程、谐振频率、谐振时半径的变化情况明显与单个气泡不同,这些参数不只与气泡各自的初始半径,外加声压强度,液体的黏滞性等因素有关,还与它们之间距离和相对另一气泡的初始半径有关.研究发现：气泡的谐振频率与它们之间距离有关,随着气泡之间距离的增大,其谐振频率在不断减小.但当它们之间的距离增大到某一值时,其谐振频率趋于一定值.这也可以理解为当气泡相对较远时它们之间的相互作用对其影响可以忽略,此时的谐振频率即为单泡的谐振频率.对于谐振时它们的半径变化而言,两气泡之间的作用是相互抑制的,但气泡的初始半径的不同,这种抑制作用的强、弱不同.气泡初始半径相同的气泡,相互抑制作用较弱,数值计算表现出半径相同时其谐振半径的变化幅度要大于半径不同时的结果.     

Heat Transfer Process of Bubble during the Occurrence of Cavitation in Hydraulic System

Thermal characteristic of cavitation has great influence on the process of occurrence,development and collapse of bubble in hydraulic system. By choosing the stage of bubble growth as the research object,combining with the characteristic of the process of bubble occurrence and development in hydraulic system, and ignoring the impact of thermal radiation,the heat transfer situation of bubble growth was analyzed under appropriate assumptions of thermodynamic conditions in the bubble generation and development process. The mathematical expression of the temperature change of bubble was deduced using thermodynamic principle. Through combining the expression with classic Rayleigh-Plesset Equation,numerical calculation was carried out and the temperature variation over time（ or bubble radius） was obtained. The influences of convective heat transfer coefficient of bubble and polytropic exponent on the thermodynamic process of bubble were analyzed. Finally,the thermal characteristic of bubble growth after cavitation occurrence was summarized.     

加热丝上沸腾核心心间热相互作用探讨

分析讨论了加热丝上汽泡生成对加热丝温度的影响。说明一个活化核心的起泡对周围其他活化核心起泡的影响。以及对其自身起泡的影响。同时讨论了两个核心之间起泡的相关性,分析中还发现由于汽泡生长造成的局部温度下降是加热丝表面沸腾需要较高过热度的一个原因,最后进行了数值模拟实验,数值计算和解析分析结果吻合较好。     

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．     

The energy efficiency of formation of photons, radicals and ions during single-bubble cavitation

It is extremely difficult to perform a quantitative analysis of the chemistry associated with multibubble cavitation: unknown parameters include the number of active bubbles, the acoustic pressure acting on each bubble and the bubble size distribution. Single-bubble sonoluminescence (characterized by the emission of picosecond flashes of light) results from nonlinear pulsations of an isolated vapour-gas bubble in an acoustic field. Although the latter offers a much simpler environment in which to study the chemical activity of cavitation, quantitative measurements have been hindered by the tiny amount of reacting gas within a single bubble (typically <10(-13) mol). Here we demonstrate the existence of chemical reactions within a single cavitating bubble, and quantify the sources of energy dissipation during bubble collapse. We measure the yields of nitrite ions, hydroxyl radicals and photons. The energy efficiency of hydroxyl radical formation is comparable to that in multibubble cavitation, but the energy efficiency of light emission is much higher. The observed rate of nitrite formation is in good agreement with the calculated diffusion rate of nitrogen into the bubble. We note that the temperatures attained in single-bubble cavitation in liquids with significant vapour pressures will be substantially limited by the endothermic chemical reactions of the polyatomic species inside the collapsing bubble.     

被动型氢原子钟储存泡口原子分布计算及应用

为了获得被动型氢原子钟高、低能态氢原子经四极磁选态器偏转后在储存泡口的分布规律,建立了更加贴近实际情况的分布模型.利用统计学方法,一定温度下的氢原子出射速度采用麦克斯韦分布,出射角度近似采用均匀分布,并结合氢原子在四极磁选态系统中的运动规律,通过数值计算得到了距四极磁选态器出口一定距离处高、低能态氢原子的三维分布密度.应用该分布模型,计算得到收集高能态氢原子的泡口优化半径与聚焦距离之间的关系,为储存泡的加工和聚焦距离的设计提供了依据,可以使得高能态原子被最大程度聚集,低能态原子被偏离,从而提高谐振腔内跃迁信号的功率.     

钻井环空中赫巴流体内气泡的上升速度

气泡在钻井环空中的运动规律是井筒多相流的一个研究重点,气泡上升速度则是其中的一个关键参数。井筒 内各流型内气泡/气体上升速度的准确性很大程度上影响了井筒多相流描述的精确性。为此,按照含气率对环空流型 进行了划分,对各流型气泡的运动行为进行了分析。系统地总结分析了单气泡在无限流域中的滑脱速度及气泡纵横 比的计算方法。利用赫巴流变模式对气泡周围表观黏度进行了修正,通过实例对比分析单气泡在赫巴流体内滑脱 速度几个计算公式,认为Rodrigue 公式相对于Harmathy 公式来说是极大的提高,能适应不同形状的气泡,可作为泡状 流流域气泡滑脱速度计算的首选公式。通过对单气泡滑脱速度进行含气率、尺寸和井斜修正,得出了环空中各流型的 气体滑脱速度计算方法,过渡流型的气泡滑脱速度则采用线性处理,并对环空气泡滑脱速度随含气率变化关系进行了 实例分析。最终通过漂移流模型给出了计算环空气泡上升速度的方法。     

过热液中汽泡生长初期阶段特性

依据非平衡热动力学相变理论建立了在均匀过热液中的汽泡生长模型．该模型中引入多变热,以保证汽泡在正化学势差作用下长大．采用数值计算方法,对汽泡生长的初始阶段特性进行了研究．计算表明,汽泡在此生长阶段存在滞后和自适应调节现象,滞后时间与引入的不同温度、压力、速度等扰动量的强度有关．在一定范围内,扰动大小并不明显影响汽泡生长曲线     

流动方向对三角形柱体气液两相涡街的影响

在５０ｍｍ管道内，分垂直上升和垂直下降两个方向，试验研究了气液两相混合物的流动方向对三角形柱体两相涡街的影响，分析了气液两相混合物流过两种尺寸的三角形柱体时的旋涡脱落规律，初步研究了气泡尺寸对气液两相涡街的影响．     

Cavitation Bubble Luminescence in Cone-Type Throttle Valve

In light of the light emission from cavitation bubbles under certain conditions, the phenomena of the cavitation bubble luminescence in the hydraulic cone-type throttle valve is focused in this paper. Firstly,the software of automatic dynamic incremental nonlinear analysis( ADINA) is applied to studying the flow field of the flow channel of the cone-type throttle valve. And the pressure distribution of the valve flow channel is obtained. The easyhappening area of cavitation in the cone-type throttle valve is also found out by ADINA. Then,the experimental research on the conetype throttle valve is carried out in this paper. The changing law of the hydraulic oil temperature in the corresponding region under different system pressure and the backpressure condition are experimentally researched. The relationship between the luminescence intensity and the cavitation intensity,the pressure,and the temperature are also studied. Finally,a summary of the causal relationship between the luminescence and cavitation in the cone-type throttle valve,the cavitation effect on the hydraulic oil temperature,and the method for the inhibition of cavitation bubble luminescence are presented. The results show that the light intensity increases with the increase of the cavitation intensity,and the luminescence can be inhibited by the increase of backpressure.