超聲空化對剛性壁面的作用研究.pdf

1、近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展超聲的應(yīng)用越來越廣泛，除了傳統(tǒng)的超聲清洗、測量外，在機(jī)械、醫(yī)療、化工、國防等領(lǐng)域也發(fā)展很快。特別近年來超聲在醫(yī)療方面的應(yīng)用受到了很大的重視。如HIFU技術(shù)，超聲治療腫瘤，超聲治療腦血管疾病等等備受醫(yī)學(xué)界的重視。但是，超聲應(yīng)用的一個重要機(jī)理__超聲空化仍然是個未解的難題。本文就超聲空化的力學(xué)效應(yīng)，即空化泡崩潰過程中對鄰近壁面的力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了研究，以揭示超聲空化的應(yīng)用機(jī)理。 本文應(yīng)用的是理論數(shù)值計(jì)算的方法。首

2、先，根據(jù)氣泡動力學(xué)理論，在不可壓縮流體中推導(dǎo)出考慮粘滯損耗、表面張力和聲輻射的Rayleigh方程。而后應(yīng)用龍格一庫塔方法對它進(jìn)行了求解，特別就不同初始半徑的空化泡進(jìn)行求解。結(jié)果表明：空化泡初始半徑的大小在空化泡生長和潰滅過程中起決定性作用。與聲波共振氣泡相比較大的空化泡在聲波的作用下將很難崩潰，它是穩(wěn)態(tài)空化泡；相反較小的空化泡在聲波的作用下很易崩潰，是瞬態(tài)空化泡。 求解出空化泡半徑變化規(guī)律之后，本文應(yīng)用數(shù)值微分的方法，求出不同

3、初始半徑空化泡壁的膨脹和崩潰速度。之后與理論流體動力學(xué)相結(jié)合分別計(jì)算出不同大小初始半徑的空化泡在膨脹和崩潰過程中其外圍產(chǎn)生的壓強(qiáng)。計(jì)算結(jié)果表明：無論空化泡半徑大小與否，空化泡膨脹和壓縮過程中在空化泡外都將形成一個很小的低壓球殼。 接著本文對不同初始半徑的單個空化泡在剛性壁面附近的潰滅過程進(jìn)行了研究。在這個過程中應(yīng)用了鏡像和勢流函數(shù)相結(jié)合的方法，計(jì)算出空化泡在該剛性壁面附近崩潰時在壁面形成的流場，最后應(yīng)用伯努力方程算出該壁面的壓強(qiáng)

4、分布。計(jì)算結(jié)果表明：單個空化泡在剛性壁面附近潰滅，在壁面上形成了很大的壓強(qiáng)差。以空化泡球心正對的壁面上的點(diǎn)為圓心形成一個很小的低壓環(huán)。該低壓環(huán)的出現(xiàn)，導(dǎo)致了沖擊波的出現(xiàn)；空化泡崩潰過程在壁面形成的低壓環(huán)強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其膨脹過程在剛性壁面形成的低壓環(huán)，即空化效應(yīng)應(yīng)該出現(xiàn)在空化泡崩潰的階段。 與單空化泡在剛性壁面附近的情況類似，本文對三空化泡在剛性壁面附近潰滅的過程進(jìn)行了同樣的計(jì)算。不同的是勢流函數(shù)的不同，并且在此過程中認(rèn)為空化泡間