球体参数及柱腔对腔内胶囊球声辐射力的影响

利用声散射理论,推导了平面波作用下,无限长充液刚性柱形腔中球形胶囊声辐射力的解析表达式,分析了胶囊球的材料及柱腔的相对尺寸对胶囊粒子声辐射力的影响。仿真结果表明:由于柱形腔的影响,声辐射力的大小和方向都发生明显变化,随着相对半径的增大,声辐射力的正负起伏较显著。涂层材料对声辐射力的大小和共振模态都有影响,由于涂层材料的不同,声辐射力的曲线会出现不同的共振峰。而胶囊球的内核材料对声辐射力大小的影响较小,却对声辐射力的共振特性影响较大。随着涂层厚度变薄,声辐射力的峰值向右偏移,并出现明显的共振模态。     

阻抗界面附近水下刚性柱形粒子的声辐射力

利用声辐射力来操控微小粒子的技术称为声操控.声操控在材料科学、超声给药、生物物理等领域具有广泛的应用前景,是声学领域的研究热点之一.声操控的核心是对声辐射力的控制,因而对声辐射力产生机理的研究对声操控技术的发展具有重要意义.以声波理论为基础,建立了水中阻抗界面附近刚性柱形粒子声辐射力的理论计算模型,结合柱函数加性定理,推导了平面波垂直入射时,阻抗界面附近水中刚性柱形粒子声辐射力解析表达式,并对粒子位于不同位置时,阻抗边界对刚性柱形粒子声辐射力的影响进行了仿真.数值仿真结果表明,在ka值较小时,声辐射力函数受界面的影响较大,并出现负的声辐射力.在ka值较大时,声辐射力受边界的影响相对较小,随着界面反射系数的增大,声辐射力的值逐渐减小.柱形粒子距阻抗边界的距离对声辐射力有影响,随着距离的增加,辐射力出现振荡变化.改变粒子的半径,声辐射力函数出现峰值的位置也会发生改变.这项研究为界面附近粒子的声操控提供了理论基础并有助于声操控技术的改善和发展.     

平面波斜入射时水中液体柱形粒子的声辐射力

利用声散射理论,推导了平面波斜入射时水中液体柱形粒子的声辐射力,研究了入射角变化对柱形粒子声辐射力的影响,并对水中不同液体柱形粒子的声辐射力进行了仿真。结果表明:在声波以小角度入射情况下,当ka值较小时,声辐射力几乎不随入射角变化;当ka2时,声辐射力随入射角的增加而减小。在入射角趋于纵波临界角情况下,不同材料粒子的声辐射力随ka的变化规律基本相同。     

水中刚性柱在高斯声场中的声辐射力特性

以声波理论为基础,在圆柱的中心点将高斯声波用柱函数展开,计算入射高斯声波的展开系数,求解在高斯声场中柱形粒子所受声辐射力的表达式.通过数值仿真研究了频率、波束宽度、柱形粒子偏离高斯波束中心的距离等参数对声辐射力的影响.仿真结果表明:在ka1的情况下,当柱形粒子沿x轴的正方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为负值,当柱形粒子沿x轴的负方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为正值;ka1时,粒子所受的声辐射力随着粒子位置偏离波束中心距离的增大逐渐减小,且辐射力的方向均沿x轴的正方向;随着波束宽度的增大,声辐射力的值增大,当波束宽度相对波长较大(W0=10λ)时,高斯波束声辐射力的大小接近于平面波声场的声辐射力.     

理想流体中多孔球形粒子的声辐射力的研究

主要根据Biot-Stoll多孔介质理论,推导了平面波入射到理想流体中多孔球形粒子的声散射系数以及所受声辐射力表达式,通过数值模拟分析了开孔和闭孔情况下多孔球形粒子在不同体孔隙率、不同面孔隙率以及不同药物材料下所受的声辐射力大小,并利用有限元仿真对理论结果进行了验证.从结果可以看出体孔隙率越大,多孔粒子所受的声辐射力越大,对于不同的药物粒子,由于各类性质不同,所以相对而言所受的声辐射力的波动较大.研究为流体中粒子的声操控提供了理论基础,有助于从药物材料、孔隙率等方面改善和发展用于医学相关领域的药物操控.     

FDTD法计算刚性球形粒子离轴声辐射力

为了更精确、简便计算物体的声辐射力,应用时域有限差分算法对声波波动方程在时间和空间上进行差分离散化,通过设置有效的边界条件,完成声压场和速度场在时域上的迭代。将时域有限差分法与应力张量方程相结合,求出了二维情况下水中刚性球形粒子的声辐射力,研究了声辐射力随频率和粒子偏离高斯波束中心距离的变化关系。仿真结果表明,刚性球形粒子在高斯声场中的声辐射力随着粒子轴向偏离波束中心距离的增大而减小。当刚性球形粒子偏离波束轴时,轴向声辐射力与轴向、横向的偏移距离成反比。横向声辐射力随横向偏移距离的增加先增大后减小,在偏移波束中心两侧的距离相同时,辐射力的大小相等,方向相反。     

环状活塞换能器的声镊子研究

随着生物医学和工业领域对纳米粒子的非接触式操控需求的日益强烈,对新型声镊子的设计提出更高的要求.在忽略球粒子所在液体的粘滞力和声损耗的前提下,利用球散射法计算了环状换能器对轴向球粒子的声辐射力,在理论上发现环状换能器捕获轴向上球粒子的可能性.球散射法既可以应用于远大于波长的粒子,也可以用于远小于波长的粒子,具有普遍适用性.根据理论结果发现声辐射力受球粒子与换能器之间的距离,环状换能器内外半径大小,球粒子的大小以及材料特性等因素的影响.而且环状换能器的近场区存在着一些声辐射拉力区.声辐射拉力区随着环状换能器外半径,内半径的改变而发生相应变化.环状活塞换能器对轴向球状粒子的声辐射力特性可以用来设计新式声镊子装置,其中空位置可以用来放置监控设备来监控操纵粒子,或者安装机械操控装置以改变换能器的位置和方向.这些理论和计算结果对单声源声镊子的实现具有指导意义.     

阻抗边界对刚性圆柱形粒子声辐射力的影响

应用时域有限差分法建立了二维情况下水中刚性圆柱形粒子在调制高斯脉冲作用下声辐射力计算的仿真模型,研究了阻抗边界对水中刚性圆柱形粒子声辐射力的影响。仿真结果表明,低频时刚性圆柱形粒子在阻抗边界附近的声辐射力变化幅度较大,而高频时刚性圆柱形粒子的声辐射力受边界的影响较小。由于阻抗边界的影响,刚性圆柱形粒子所受的横向声辐射力随反射系数的增大而增加,轴向声辐射力随反射系数的增大而减小,声辐射力值范围处于软边界和硬边界声辐射力值之间。在刚性圆柱形粒子距离阻抗边界较近时,声辐射力受阻抗边界的影响变化幅度较大,但随着距离的增大声辐射力变化幅度减小,且最终趋于稳定。虽然不同反射系数对应的声辐射力大小不同,但受阻抗边界影响的变化趋势基本相同。     

球形弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应研究

为研究球形高速弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应,基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立经实验验证的充液油箱模型,其中将油箱模型沿弹丸速度方向的长度作为不变量,分析不同冲击速度、不同构型（球形、方形和柱形油箱）对弹丸速度衰减、液体压力变化及箱体前后壁板变形的影响。结果表明：油箱构型基本不影响弹丸速度衰减变化和液体压力变化;油箱构型对冲击波阵面的压力分布影响较小,而弹丸速度对冲击波阵面的压力分布影响较大,弹丸速度与冲击波压力峰值正相关;弹丸冲击速度较小时,球形油箱的抗毁伤能力更强,随着弹丸冲击速度的增大,不同构型油箱的抗毁伤能力趋于一致。     

球形弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应

为研究球形高速弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应,基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立经实验验证的充液油箱模型;其中将油箱模型沿弹丸速度方向的长度作为不变量,分析不同冲击速度、不同构型(球形、方形和柱形油箱)对弹丸速度衰减、液体压力变化及箱体前后壁板变形的影响。结果表明:油箱构型基本不影响弹丸速度衰减变化和液体压力变化。油箱构型对冲击波阵面的压力分布影响较小;而弹丸速度对冲击波阵面的压力分布影响较大。弹丸速度与冲击波压力峰值正相关。弹丸冲击速度较小时,球形油箱的抗毁伤能力更强;随着弹丸冲击速度的增大;不同构型油箱的抗毁伤能力趋于一致。     

基于微物理属性的新疆层状云随高度变化规律

针对干旱半干旱的新疆地区,利用CloudSat卫星资料研究和分析了2009—2010年层云与层积云四季的云滴冰晶有效粒子半径、数浓度及含水量高、中、低数量级的垂直分布频率,为实际播撒作业提供参考依据.结果表明春、夏、秋、冬四个季节中层云与层积云冰晶有效粒子半径的中值段出现频率最高,特别是层云.层云冰晶有效粒子半径在垂直高度上呈明显分层现象,而层积云冰晶有效粒子半径分层现象不明显.层云中冰粒子数浓度中的低值段粒子出现频率大于层积云(冬季除外),且层云和层积云冰粒子数浓度高值出现的云层位置有明显不同.层云与层积云冰水含量低值最多,低值段粒子分布在整个云层,而高值段随季节不同在层云和层积云中的分布位置也不同.     

基于周期性栅结构硬薄板的球体粒子声捕获

基于周期性栅结构修饰的声学硬薄板,研究了位于结构板上方的黄铜球体粒子所受到的声辐射力、粒子位置和粒子尺寸对声辐射力的影响.仿真结果表明,当外部声波入射到该非开口硬薄板体系,铜粒子与结构板的距离小于0.5d时,铜粒子将受到声拉力而被捕获,声辐射力密度随粒子尺寸的减小而增大.这种违反直觉的声拉力源于周期性结构硬薄板中无泄漏兰姆波模式所引起的集体激励.     

平行光全反射迅衰场中光辐射力及其规律

利用Mie散射理论和电偶极子近似理论,计算了球形颗粒在全反射迅衰场中受到的光辐射力,得到了光辐射力随颗粒与分界面之间距离、入射角、颗粒半径和颗粒折射率的变化曲线.分析了光辐射力随相应参数的变化规律并且给予物理解释.     

随钻测井周期性钻柱结构声传播特性的数值仿真

采用有限元法数值仿真了处于充液井孔中多根钻杆和接箍组成的钻柱系统中纵波的传播特性,并给出了纵波的声衰减曲线.研究结果表明:处于充液井孔中周期性钻柱系统具有的通带和阻带特性与理想钻柱系统相似,因钻柱周围流体介质的阻尼作用,会使钻柱中传播纵波的幅度减小,衰减增大.当沿钻柱传播的声载波频率位于通带内时,可降低声衰减量,提高信噪比,有利于提高随钻数据的传输速率.     

光子晶体耦合腔波导中的慢光特性研究

研究了二维光子晶体耦合腔波导的慢光传输特性.利用平面波展开法分析不同结构的耦合腔波导的色散曲线.分析发现,光子晶体耦合腔波导的慢光特性与点缺陷微腔的几何尺寸有关.通过调制点缺陷的半径可以改变慢光导模的中心频率.另外发现,点缺陷微腔间距也是影响耦合腔波导慢光特性的重要参数.增大距离n,零色散点导模的群速度明显下降,可以获得群速度为0.005c的慢光模式,而导模的中心频率变化不大.该分析结果为设计不同要求的慢光波导结构提供重要参考.     

注射模具模腔压力的研究

模腔压力不仅与注射制品性能有着密切关系,它还是注射机设计和模具强度设计的主要参数。在“自适应反馈”控制生产过程中,模腔压力更具有重要意义。 为此,木文介绍了模腔压力测定的方法,以及所用的设备及仪器,并讨论了:1.注射充模过程压力变化分析;2.注射压力、熔体温度对模腔压力的影响;3.模具流道设计对模腔压力的影响;4.不同物料在注射成型过程中对模腔压力的影响;5.模腔压力对制品性能的影响。 实验结果表明:根据记录的充模过程模腔压力变化曲线,可以看出影响模腔压力的主要因素;随着注射压力的增加,模腔压力有所增加,但是过程的总压力损失也有所增加,提高熔体温度,对不同的物料来讲,模腔压力变化值不同;浇口截面变化,明显影响充模时间,总的压力损失与充模时间有关,且随浇口截面积的变化而变化,模腔压力增加,制品收缩率减小,模腔压力的增加,制品屈服强度有所增加,其值不超过10％。     

微重力环境下轴对称贮腔类液刚耦合动力学

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性,并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型.采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的高斯超几何级数解析表达式.采用伽辽金变分原理推导了系统动力学模型,并进行了特征频率分析.对耦合充液系统进行了数值仿真计算,并得到系统自由度随时间的变化历程.     

液力缓速器低充液率工况扰流柱起效条件判定方法

为揭示低充液率下缓速器工作腔内气相主导的流动规律和降低空转状态下的功率损失,针对某车用液力缓速器构建了带有空损抑制扰流机构的叶轮周期流道模型,通过对低充液率不同转速下液力缓速器扰流机构起效过程流场仿真,分析了不同输入转速和不同充液率工况下的制动转矩、容积率、扰流柱挡片压力差3个关键参数的变化趋势.结果表明,制动转矩在20%充液率前后均有明显的状态变化.18%充液率前各参数单调上升且在18%充液率达到极大值,随后在20%充液率达到极小值,而后继续增大.微观两相流动层面上,20%以下充液率时油液和空气分层明显,而后流动失稳并且在20%以上充液率工况油液和空气流动分层不明显;在充液率大于18%以上时,扰流柱挡片上的压力差值大于所设计预紧力,足以压缩扰流柱挡片进入其腔体内.据此确定了低充液率工况的扰流柱起效判定方法,为扰流机构的设计提供了理论依据.      

近红外波段气溶胶粒子形状和性质对散射特性的影响

为了研究近红外波段气溶胶粒子的形状和性质对散射特性的影响,将气溶胶粒子视为非球形粒子,并用T矩阵理论对0.94 μm波段的气溶胶粒子进行了一系列计算分析.计算结果表明:进行单个气溶胶粒子的散射计算时其形状因子是不可忽视的元素,单个气溶胶粒子的散射相函数随着粒子形状的不同在前向和后向有明显变化;进行气溶胶粒子前向体散射计算时非球形粒子近似成球形粒子带来的误差较小,后向误差仍较大;气溶胶粒子性质的不同,即折射指数和数密度的不同对散射特性影响较大.     

外磁场下电子-声子相互作用对球形量子点杂质态的影响

在有效质量近似下,采用变分法研究了外磁场下球形量子点中的施主杂质基态结合能随量子点半径和磁感应强度的变化关系.考虑电子与体纵光学声子和表面光学声子相互作用,计算了施主杂质态结合能随杂质位置和量子点半径的变化.数值结果表明,结合能随量子点尺寸减小和外加磁感应强度的增强单调增加,且基态结合能明显依赖于杂质位置和电子-声子相互作用.