圆锥气泡发光的光谱性质

在改进的U型管装置中观察到一种圆锥气泡声致发光现象。声致发光产生的单个光脉冲的能量可达到约1.4 毫焦. 脉冲宽度约100 毫秒。发光光谱由连续光谱上叠加C2,CN,和CH的激发态光谱构成。这种圆锥气泡声致发光为单泡声致发光和多泡声致发光提供了一种联系。     

单泡声致发光中气泡运动特性的Mie散射测量

运用光学Mie散射测量,实验研究了声致发光单泡的运动状态和发光光强受激励声场频率f及声压Pa变化的影响,结合动力学R-P方程拟合得到不同声压Pa下气泡半径随时间变化的动力学特征曲线——R(t)曲线,定量确定了气泡平衡半径Ro和压缩比Rmax/Ro,并通过气泡振子模型给出的势能方程估算了气泡塌缩阶段的能量损耗。结果表明:适当控制谐振频率(△f/fo-10-4,fo=21 kHz)和声压(1.2 atm-1.5 atm)可实现稳定的单泡声致发光;并且随着Pa的增大,气泡压缩比增大,回弹势能占总能量的比值逐渐减小(10-1-10-3),气泡在膨胀相聚集的大部分声能很可能以激波和热能形式释放。     

测量单泡声致发光中气泡R(t)曲线的前向Mie散射技术

光干涉原理和Mie理论计算结果表明,单泡声致发光中气泡前向Mie散射的振荡信号,主要是由于气泡的透射光束和表面反射光束之间光干涉产生的. 这些干涉波峰形成了测量气泡半径的空间标尺,标尺的单位长度δR由散射角θ,检测光波波长和流体光折射率确定,而每个波峰就是标尺的刻线,它们与该时刻的气泡半径大小一一对应. 在30°—50°散射角范围内,利用前向Mie散射实验测定了单泡声致发光中气泡的最大半径,R(t)曲线及平衡半径,表明前向Mie散射是一种便捷的测定气泡运动特性的有效方法. 关键词： 单泡声致发光 前向Mie散射 光干涉     

双泡耦合声空化动力学过程模拟

为了对双泡耦合的声空化过程进行模拟,本文从流体动力学控制方程和流体体积分数模型出发,在Fluent软件中构建双泡耦合超声空化三维有限元仿真模型,对超声波驱动下流体中双泡耦合声空化动力学过程进行数值模拟,并通过对空化气泡周围声场的变化进行分析研究双泡耦合声空化的非线性动力学特性.结果显示:在超声波驱动下,球形气泡先缓慢扩张,扩张到最大半径后迅速收缩直至溃灭;耦合双气泡间存在相互作用力,使得空化气泡的扩张受到抑制、气泡收缩时间增长;空化气泡在收缩阶段的能量转换能力增强,相比单气泡声空化,耦合双气泡溃灭时气泡内部的压强更大.本文分析结果将为超声空化泡群的动力学过程模拟提供参考.     

测量单泡声致发光中气泡R(t)曲线的前向Mie散射技术

光干涉原理和Mie理论计算结果表明,单泡声致发光中气泡前向Mie散射的振荡信号,主要是由于气泡的透射光束和表面反射光束之间光干涉产生的.这些干涉波峰形成了测量气泡半径的空间标尺,标尺的单位长度δR由散射角θ,检测光波波长和流体光折射率确定,而每个波峰就是标尺的刻线,它们与该时刻的气泡半径大小一一对应.在30°-50°散射角范围内,利用前向Mie散射实验测定了单泡声致发光中气泡的最大半径,R(t)曲线及平衡半径,表明前向Mie散射是一种便捷的测定气泡运动特性的有效方法.     

硫酸中多气泡声致发光光谱

非线性声波方程与气泡脉动方程联立, 可以描述声空化云中的声场以及任何一个气泡的脉动过程,为数值计算空化场问题提供了理论框架.计算的声压分布变化可以用来计算单气泡动力学,了解任何位置处气泡发光过程以及气泡内气体温度和压强变化等. 对浓硫酸中氙气泡空化云的计算定性符合实验观测, 只有钠原子线谱的计算结果相比实验观测有些出入.     

光电倍增管在磷酸液声致发光实验中的应用

对不同厚度液体进行光强测量,深入探索空化气泡的运动,研究发光机理很有意义。用超声激励法在磷酸液体中实现多泡声致发光,研究不同共振频率下发光的特点。利用光电倍增管多次测量发光强度相互比较,结果是在液体厚度10 cm、驱动频率f=21.061kHz和f=20.316kHz时,周期性较好为50μs,液体通过漩涡集中气泡可以使更多气泡发光;在液体厚度3 mm、驱动频率f=17.91kHz和f=19kHz时,周期性很好为25μs;且光信号都较强。结论是磷酸中声致发光强度、周期与液体厚度、驱动频率密切相关。本文以磷酸液多泡声致发光实验研究为基础,从内部和外部原理来出发,详细介绍了光电倍增管在多泡声致发光光强测量中的实用,为今后研究者提供了一些经验。根据实验过程中遇到的一些实际问题提出了建议和改善意见。     

丙三醇溶液声致发光中的黑体辐射谱

利用U型管圆锥泡声致发光装置,测量到了丙三醇溶液中圆锥泡声致发光的光谱和光脉冲。结果表明,测量得到的发光光谱为光滑的连续谱,且与理论模拟得到的黑体辐射谱相吻合,拟合温度分布于2 600～3 500 K范围内。文章从空间和时间两方面分析了圆锥泡空化发光中存在黑体辐射的原因：较大的气泡体积(气泡塌缩半径为1.4 cm)与较长的发光时间(几十微秒)。另外,实验研究表明随着发光波长的增长,光脉冲宽度变宽,从而进一步证明了圆锥泡声致发光中的黑体辐射机制。最后,利用测量得到的发光光谱和脉冲计算得到了发光光强为0.18 J,远远高于其他方式得到的声致发光光强。     

单泡声致发光过程的等离子体描述

对单泡声致发光过程采用等离子体描述,考虑了各种等离子体输运过程,假设了声致发光的轫致辐射机制,数值模拟的结果与实验很好地吻合,有力地支持了声致发光的热转向的解释,预言了声致发光中可能出现的极端电现象,对各物理量时空剖面的分析表明,强电场的出现中能产生的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性有制约作用,这可能是声致发光约１０＾１２能量汇集的原因之一。     

声致发光的流体动力学实验方法

介绍两种使用流体动力学实现声致发光的方法:刹管法和U管圆锥泡法.这两种方法的设备简单,操作方便,容易在普通物理实验中进行,所得结果和传统单泡声致发光有所不同.U管圆锥泡法创造了发光功率和单脉冲能量的新记录,并首次用条纹相机得到了时间分辨发射光谱.     

声场中球形空化云中气泡的耦合谐振

本文从泡群中气泡动力学方程出发,对泡壁运动方程进行线性约化,得到球状泡群中气泡谐振频率的表达式,并给出了泡群中气泡谐振频率与单泡Minnaert频率的修正系数.讨论了泡群中气泡初始半径、气泡数量、气泡之间距离对谐振频率的影响.研究结果表明:考虑到气泡的相互作用后,球状泡群中气泡的谐振频率明显小于单泡的Minnaert频率.随着泡群中气泡数量的减少、气泡之间距离增大,泡群中气泡之间的相互作用减弱,气泡的谐振频率回归到Minnaert单泡谐振频率.同时泡群中气泡的谐振频率随气泡之间距离、气泡数量的影响变化梯度也不相同.泡群中气泡数量越多、气泡距离近越近,气泡之间相互作用强,谐振频率变化幅度快.     

自相似声压驱动下气泡的振动

单泡声致发光来自于气泡经过缓慢膨胀之后的急剧塌缩的过程,而这种急剧塌缩是高阶谐波振动的结果。基于线性叠加的思想,提出了自相似驱动的概念,即用与半径振动相似的声压来驱动气泡。数值模拟表明,自相似驱动声压能够有效地加剧气泡的塌缩过程。与正弦驱动比较,包含基波和二次谐波的自相似驱动显著地提高光辐射强度。这为多频最优化驱动提升发光强度提供了一个直观的物理图景,也给出了一种可用于实验的提升声致发光的方法。     

考虑水蒸气蒸发和冷凝的球状泡群中泡的动力学特性

为了深入探究空化泡群中气泡的动力学特性,建立了超声驱动下考虑水蒸气的蒸发和冷凝的泡群中泡的动力方程.基于该方程,研究了泡群中泡的位置、泡的数量、泡的初始半径对其动力学特性的影响,探究了超声作用下球状泡群中气泡半径、能量、温度、压力和气泡内水蒸气分子数的变化规律.结果表明:泡群中泡的运动受到周围气泡的抑制作用;泡群中泡的初始半径大小对泡群中泡的半径、能量、温度、压力和气泡内水蒸气分子数有显著影响;泡群中泡的位置距离泡群中心越远,泡的膨胀半径越大;随着泡群中泡的数目增加,泡的振幅减小;超声频率增加,泡群中泡的空化效应减弱;超声声压增加,泡群中泡的空化效应增加.研究结果为超声空化泡群的研究提供了理论参考.     

超声波作用下泡群的共振声响应

从球状泡群气泡动力学方程出发, 考虑泡群间次级声辐射的影响, 得到了声场中两泡群共同存在时气泡振动的动力学方程, 并以此为基础探讨声波驱动下双泡群振动系统的共振响应特征. 由于泡群间气泡间的相互作用, 系统存在低频共振和高频共振现象, 两不同共振频率的数值与泡群内气泡的本征频率相关. 泡群内气泡的本征频率又受到初始半径、泡群大小和泡群内气泡数量的影响. 气泡自由振动和驱动声波的耦合激起泡群内气泡的受迫振动, 气泡初始半径、气泡数密度和驱动声波频率等都会影响泡群内气泡的振动幅值和初相位. 关键词： 气泡群 共振 声响应 超声空化     

水蒸气对声致发光单气泡稳定性的影响

在考虑水蒸气凝结与水的蒸发过程的基础上，推导了球形气泡形状稳定性方程-利用这个方程以及气泡运动时的气体扩散平衡条件，分别研究了环境水温217℃时声驱动频率为206kHz（溶于水中的氩气含量是其饱和度的14％）、环境水温0℃时声驱动频率为319kHz（溶于水中的氮气分压为20kPa，其中含1％氩气），以及环境水温20℃时声驱动频率为338kHz（溶于水中的氮气分压为20kPa，其中含1％氩气）可控制条件下气泡稳定性问题-理论计算结果与前人的实验数据比较，发现考虑水蒸气以后比忽略水蒸气对单气泡稳定区域 关键词： 声致发光 水蒸气 形状不稳定性 扩散平衡     

近似估算法研究磁场与发光气泡耦合机制

以磁场对声致发光影响研究为基础,结合对声致发光时气泡内状态的现有认识,从气泡外、气泡表面及气泡内各层次着手,通过理论估算方法分析磁场与气泡可能存在的各种耦合机制,并对特定磁场条件下两种相互作用能量进行数量估计,评判两者可能存在的各种耦合方式的重要性,进而推测两者相互作用机制.     

关于“气泡核聚变”的讨论

 美国橡树岭国立实验室Ｔａｌｅｙａｒｋｈａｎ等人2002年3月8日在美国《科学》上发表的论文中报道了他们利用中子发生器产生的14ＭｅＶ高能中子在氘代丙酮中产生了直径约10-100纳米的气泡,接着用声致发光技术在负压周期下使气泡膨胀到直径约1毫米,在正压周期下再将气泡压缩成高温、高密度的“液体”泡,并在超声波场中内爆,作者们测到了中子和氚。因此作者们认为他们用声致发光技术引发了核聚变。这一试验震惊了物理界,并引起了科学家们激烈的争论。     

乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光特性

利用一种改进后的U形管圆锥泡声致发光装置，研究了乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光特性.实验结果表明，利用乙二醇溶液可以得到超强的单个发光脉冲，其脉冲宽度可以达到150 μs，其值远远高于其他方式产生的声致发光的脉冲宽度.测量得到的光谱为一从紫外到可见光波长范围的连续谱，在589 nm附近叠加有钠的3P-3S原子发射谱线.在钠的原子发射谱线两侧测量得到了Na-Ar分子激发态跃迁形成的蓝卫星带，并在声致发光实验中测得了Na-Ar的红卫星带以及钠的3S-4S原子发射谱线. 关键词： 圆锥泡声致发光 光脉冲 光谱 卫星带     

声致发光气泡内的气体热力学性质

利用统计物理处理化学反应的理论（质量作用定理）,半定量地分析了惰性气体（单原子分子气体）和双原子分子气体在小气泡内不同的热力学性质。尽管在气泡内单原子分子和双原子分子气体都将在被压缩时产生冲击波,引起压强的急剧增大和温度升高,但由于在过程中双原子分子气体除要激发振动外,还要化学分解成为单原子分子气体,因此消耗很多积聚的热能,影响温度的进一步上升,最终无法产生大量电离的带电粒子去发光。这可能就是双原子分子气体气泡不能引起声致发光,而惰性气体气泡则能发光的原因。     

声致发光气泡内水蒸气的影响

提出了一个单气泡声致发光的简单计算模型.这个模型是在均匀压强近似下，考虑质量和温度在气泡内的非均匀分布，同时考虑了水蒸气在气泡壁上的凝结与蒸发以及水蒸气在气泡内相对惰性气体的质量扩散.通过Saha方程估算气体电离密度，利用电子与离子、电子与中性粒子的轫致辐射，电子与离子的复合辐射公式估算气泡的辐射强度.不考虑化学反应，计算了不同水温时的气泡发光强度，发现当水温在0 ℃时轫致辐射发光模型比较符合实验结果，水温升高时，如水温为20 ℃或以上，轫致辐射发光模型的计算与实验结果出现数量级差别.考虑化学反应，轫致辐射发光模型的计算则总是比实验结果低2个数量级.