反气泡的形成与崩溃

比利时的物理学家使用高速摄像机首次观察到液体中“反气泡”的形成、运动和崩溃过程(DorboloSetal.NewJ.Phys .,2 0 0 4 ,5 :1 61 ) .众所周知,气泡是一球形的液体薄膜,里面包着空气,外面又被空气包围着.而反气泡,顾名思义,则是一球形的空气壳,里面包着液体,外面又为液体所包围.在液体中气泡会升到液面上来,而反气泡则沉到液体底部.比利时Liege大学的StephaneDorbolo等缓慢地将肥皂水倒入一个装有同样肥皂水的玻璃容器中.他们观察到在液面下产生了一注液体小球,然后,这注小球破裂成一系列反气泡.反气泡存在了两分钟之久.反气泡崩溃的方…     

稀奇的反泡!

肥皂泡是在空气中的球形液体薄膜,而所谓"反泡(Antibubble)",却是在液体中的球形薄壁气泡.20世纪30年代曾首次有人叙述过反泡但没有很好地研究下去.比利时里吉大学的多博洛(Stephane Dorbolo)说大多数科学家对反泡的存在感到惊奇.     

粘滞液体中落球运动的实验研究

一、引言对于粘滞液体中小球的自由下落运动,一般理论分析认为,小球进入液体之后最初一段做加速运动,经过一段路程l_0后呈现匀速运动。该匀速运动的速度(即收尾速度)v_0可由下式表述 v_0=2/9 (ρ-ρ′)/η gr~2 式中ρ——球体密度;ρ′——粘滞液体密度;r——小球半径;g——重力加速度;η——粘滞液体的粘滞系数。其中从液面至小球开始做匀速运动这段距离l_0是人们极为关注的。然而,粘滞液体中落球运动的整体规律,从液面至进入匀速段的距离l_0的确定,底     

弯液面处的附加压强

由实验可知,在弯液面处存在着附加压强.那么,弯液面处附加压强的规律是什么,它在实际问题中又如何应用呢? 对于平液面,根据静止液体内部的压强公式P=p0+ρgn,式中凡为平液面外的压强,ρ为液体的密度,g为重力加速度,h为液体内部某点的深度,在h→0处,即平液面处,则△p=p-p0→0,这说明压强在平液面处是连续变化的. 对于弯液面,在h→0处,△p=p-p0≠0.通常将弯液面处△p=p-p0称为附加压强,它是由于液体的表面张力产生的.其大小由液体的表面张力系数和液面的弯曲程度决定.这说明压强在弯液面处是不连续变化的.对于给定液体,其附加压强的大小就仅…     

液体薄层中环链状空化泡云结构稳定性分析

为分析超声空化的薄层液体中稳定的环状气泡链结构,本文考虑气泡间次级声辐射影响,得到了表征气泡间相互作用的气泡基本动力学方程以及次Bjerknes力的表达式,数值分析了气泡平衡半径、声波频率和声压对纯液体区可能出现的单气泡所受的次Bjerknes力,发现环形泡链能够吸引液体区内的新生的半径小于2μm的气泡,这可能是一定条件下环形气泡链能够稳定存在的原因.随着驱动声波压力增加,气泡数密度增加,气泡间的耦合作用增强,液体区内的环形泡链结构可能被液体区内出现的大气泡或者气泡团破坏,进而导致环形结构演变成柱状、雾状乃至整个液体区均充满空化泡的情况发生.通过高速摄影机观察了强声场作用下换能器辐射面外侧液体薄层内空化初生至形成空化云团簇的整个过程,在空化云团簇中发现了局部同步崩溃并形成类纯液体薄层的现象,该液体薄层边界随时间振荡持续约4个声周期后被空化云团簇吞没,局部类纯液体区出现的位置具有随机性.实验观察结果和理论预测具有很好的一致性.     

非球形气泡的超声定量检测

超声是检测不透明液体中气泡的有效方法,声散射模型是超声反演技术的核心.经典气泡散射模型通常是基于球形假设及ka≤1 (a为气泡半径,k为入射波的波数),然而实际应用中这些假设并不总能得到满足.本研究针对非球形气泡及ka偏离假设情况,提出一种超声反演定量方案.建立不受ka约束的球形气泡级数背散射f模型,将其与经典Medwin (ka?1)和Anderson (ka≈1)散射f模型进行对比,发现ka偏离引发的散射截面效应仅体现在散射高阶共振峰位置及大小差异上.据此提出:可通过曲线拟合法解决散射截面σ_bs/(πa²)与ka间的多值问题,同时用当量半径a^*对非球形气泡尺寸进行量化.具体首先利用非球形气泡背散射信号的频域信息测定其散射截面σ_bs,再根据σ_bs与非球形当量半径a^*间拟合曲线进行反演,同时利用回波时域信息勾画气泡形状轮廓.反演结果通过高速摄影定量结果进行检验.结果表明:气泡沿之字形路径上升过程中产生非球形形变,当9≤kr₀≤35时,...     

辐射状电场中大量镀金属膜小球运动的实验研究

通过实时观察辐射状电场中大量镀金属膜小球的运动,发现处于不同介质中的小球群体行为完全不同:处于空气中的小球在阴阳两极之间来回杂乱迸射,处于蓖麻油中的小球呈现类蠕虫运动的自组织过程,处于机油和蓖麻油混合介质中的小球表现为类沸腾运动现象.分析表明:空气中的现象成因是小球与电极及相互间所带电荷的异同呈现的静电吸引或排斥结果;黏度度较大的蓖麻油中的现象成因是在电场作用下静电感应和介质极化形成类似于电偶极子链的小球串,小球串的尖端因充放电导致相邻串间时而吸引、时而排斥而呈现出类蠕虫运动;黏性和介电性能比蓖麻油低的混合油中的现象成因是较弱的电偶极子串被局域击穿、气泡破裂和变化的电风作用下的三维杂乱运动.     

关于扩散現象演示的改进

用高二物理课本图80的装置,演示液体的扩散现象时,有两方面的困难:(1)若先灌CuSO_4溶液,然后加水,水落到硫酸铜液面,由于水的冲击作用,使界面模糊。若先灌水,然后把一根玻璃管插到水底,通过玻璃管灌进CuSO_4溶液,但灌进时又往往难以克服空气泡的上升,一旦有空气泡上升,即就不能获得清晰的分界面,(2)CuSO_4溶液和水之间扩散很慢,要在大半节课时间内,学生看到从清晰的界面变成模糊界面是不可能的,在常温下从清晰界面变成模糊界面,非经2—3天不可,要是在上课前两三天作好一瓶,又不能使学生信服。我觉得可以这样改进: 1.两种液体改成水和墨水;     

衣物在潮湿时变暗的光学分析

通过理论推导和实验探究,从反射、折射、吸收方面阐述了衣物在潮湿时会变暗这一现象的产生机理.当衣物被浸湿后,由于光在浸湿液面内的不断反射和折射使得最后反射到人眼的光强大大减弱,同时由于光在液体内的吸收又使反射的光强减弱,从而看到衣物在潮湿时变暗.     

物体在液体中悬浮位置的讨论

固态非溶性物体置入液体中时,其位置有三种情况,一是沉入液体底部;二是浮于液面也就是物体只有一部分浸入液体中,另有一部分露在液面之上;三是悬浮于液体中,即物体全部没入液体之中,但又不沉入底部.第一种情况,物体的位置一目了然,第二种情况物体的浸入深度很容易求得.下面仅对物体悬浮于液体中的第三种情况作一讨论,敬希同行专家批评指教.     

气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的影响因素分析

用"准三维"数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形.液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行.这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本.应用VOF方法对气液两相之间的界面进行追踪.通过改变过程中的转速,气泡初始速度、位置和尺寸.以及表面张力和液体粘度,分析了这些因素对于气泡运动与变形的影响.     

液体间扩散现象实验的改进

初中一册物理课本中的液体间扩散现象实验,是用小漏斗向水中加硫酸铜溶液,由于小漏斗管颈中有空气,且液位差较大,因而在加液时易产生气泡,造成加液后两液体界面不清晰。另外此实验要静置较长时间才能观察到结果,这就不利于在一节课时间内得出结论。鉴于上述原因,我们对此实验作了如下改进。     

人工影响降水的物理原理

我国旱涝灾害频繁,每年经济损失巨大,年年又防汛又抗旱,因此人工影响降水意义重大,本文结合物理教学,阐述人工影响降水的物理原理． 一、云的形成 云是漂浮在空中的小水滴、冰晶或者它们的混合物．由于大气压强随高度增加而降低,因此当地面暖湿空气上升时会发生绝热膨胀而冷却．又由于液体饱和蒸气压随温度的降低而降低,某温度下空气相对湿度等于空气中实际水蒸气分压强与该温度下饱和蒸气压的百分比,因此暖湿空气上升、绝热膨胀而冷却后相对湿度增加．另外,饱和蒸气压的大小还与液面形状有关,凸液面上方饱和蒸气压比平液面时大,…     

含气泡液体中气泡振动的研究

研究了含气泡液体中单个气泡在驱动声场一定情况下的振动过程. 让每次驱动声场作用的时间特别短, 使气泡半径发生微小变化后再将其变化反馈到气泡群对驱动声场的散射作用中去, 从而可以得到某单个气泡周围受气泡散射影响后的声场, 接着再让气泡在该声场作用下做短时振动, 如此反复. 通过这样的方法, 研究了液体中单个气泡的振动情况并对其半径变化进行了数值模拟, 结果发现, 在液体中含有大量气泡的情况下, 某单个气泡的振动过程明显区别于液体中只有一个气泡的情况. 由于大量气泡和驱动声场的相互作用, 使气泡半径的变化存在多种不同的振动情况, 在不同的气泡大小和含量的情况下, 半径变化过程分别表现为: 在平衡位置附近振荡的过程; 周期性的空化过程; 一次空化过程后保持某一大小振荡的过程; 增长后维持某一大小振荡的过程等. 所以, 对于含气泡液体中气泡振动的研究, 在驱动声场一定的情况下, 必须考虑气泡含量的因素. 关键词： 含气泡液体 超声空化 散射 数值模拟     

不同类型气泡组成的混合泡群声空化特性

声空化实验中经常观察到由许多空化气泡组成的各种泡群结构.本文利用气泡群及群内任一气泡的Rayleigh-Plesset方程并结合van der Waals型过程方程,研究了不同类型气泡组成的混合泡群中的气泡半径、泡内温度和群内压力脉冲变化规律,得到以下结果:相同尺寸相同气体气泡和相同尺寸不同气体气泡组成的两种泡群中气泡所含的不同气体对泡内温度有较明显的影响,但对气泡半径变化和群内压力脉冲峰值的影响较小;不同尺寸相同气体气泡和不同尺寸不同气体气泡组成的两种混合泡群中,随着大气泡数的增多,大小气泡内温度开始快速下降,之后大泡内温度逐渐趋近于纯大气泡组成泡群的泡内温度,小泡内温度逐渐趋近于许多大泡辐射作用下的单一小气泡泡内温度;气泡崩溃时产生的压力脉冲峰值,先急剧减小到拐点,之后平稳增加并逐渐趋近于纯氩气大气泡和纯氦气大气泡组成泡群内的压力脉冲峰值;群内大气泡数占比对泡群空化特性有重要影响,只有大气泡数占比达到一定值后泡群中才能出现不同尺寸气泡同时崩溃的现象.     

采用遗传算法对压力脉动过程中气泡模型参数的辨识

流动液体中的压力变化会引起气泡和气穴的产生及破灭,而气泡和气穴又会对液体的流动产生影响及压力变化.为了合理预测流控系统瞬态压力脉动过程中气泡和气穴的体积变化及其对脉动传播过程的影响,基于气泡溶解和析出的物理过程,建立了压力脉动过程中气泡和气穴产生及破灭的数学模型,并提出采用遗传算法对气泡模型中初始气泡体积、气体溶解和析出时间常数进行参数辨识.以一段液压油管路为研究对象,对管路中伴随气泡和气穴的瞬态压力脉动过程进行仿真及实验研究.利用仿真及实验结果,验证了采用遗传算法对气泡模型进行参数辨识的可行性. 关键词： 气泡 气穴 压力脉动 参数辨识     

自然界中的声致冷光是化学过程

今年早期橡树岭实验室的科学家们曾报道过关于由声致冷光所引发的核聚变反应 ,最近美国伊利诺衣大学的Ｙ .Ｄｉｄｅｎｋｏ和Ｋ .Ｓｕｓｌｉｃｋ教授进行了一组新的实验 ,揭示了过去一直围绕在声致冷光问题上的神秘面纱 .他们证实 :自然界中的声致冷光是一种化学过程 ,而不是一种核反应 .所谓的声致冷光是指利用超声波对在液体中的气泡进行压缩时 ,通过快速振荡后转化为飞秒级光脉冲的现象 .两位教授的实验表明 ,当强烈的声波压缩气泡时 ,可将气泡的温度增加到 10 0 0 0— 2 0 0 0 0Ｋ量级 ,这时气泡内的气体分子发生电离化 ,并伴有大量的化…     

液体表面波及其谐波的光衍射效应

为了探究液体表面波的波动规律,提出了一种基于激光衍射的探测方法.未扩束的激光束直接斜入射到波动液面,液面波动的强度由电磁式激发器控制、频率由信号发生器控制,用CCD采集光衍射图样并传送到计算机中实时处理.根据波动光学理论,给出了衍射光场和液体表面波之间的解析关系,发现实验现象和理论分析吻合.实验结果表明:该方法具有实时、准确、无损的特点.     

空化场中大气泡对空化泡振动的抑制效应分析

为探究空化场中多气泡之间的相互作用,结合观察到的注入大气泡周围飞舞的小气泡的实验现象,构建了由两个大气泡和一个空化泡组成的三气泡系统,通过考虑气泡间相互作用的时间延迟效应以及大泡的非球形振动,得到修正的气泡动力学方程组,并数值分析了气泡的振动模态、平衡半径、声波压力与频率等参量对小空化气泡的振动行为与所受次级Bjerknes力的影响.结果表明,大气泡的非球形效应主要表现为一种近场效应,对空化泡的振动影响很小,几乎可以忽略不计.大气泡可抑制空化泡的振动,但当大气泡半径接近于共振半径时,空化泡振动幅值曲线出现共振峰,即存在耦合共振响应.大气泡半径越大,对空化泡抑制作用越强,当空化泡处在两个毫米级大气泡附近时抑制更加显著.声波压力与频率不仅直接影响气泡的振动,还影响空化泡与大气泡之间相互作用的强弱,表现为空化泡所受的次级Bjerknes力在特定的大气泡半径范围内变得对气泡尺寸变化较为敏感,即小的大气泡半径变化可能导致明显的力大小变化,且不同驱动频率下,空化泡所受次级Bjerknes力的敏感半径分布区间不同.空化泡受到的次级Bjerknes力在距离较小或者较大时均可能表现为斥力,与实验观察现象...     

一个折射现象的浅析及应用——介绍一个测液体折射率的小实验

在一个薄壁圆柱形玻璃容器中,盛上水或其它透明液体,然后插入一根细棍,将棍子移动,当棍子正好通过空气与液面交界处的圆心O时,不论棍子直立或斜立,沿水平方向不论从哪个角度观察,棍子均无“折断”现象发生(图1);当棍子处于其他位置时,则可清楚地看到棍子在液面处“折”为两段,而且离圆心越远,这种现象越明显(图2、图3)。