声悬浮研究新进展

建立了单轴式声悬浮的参数化模型和边界元算法，对单轴式声悬浮进行了优化设计，可以悬浮起密度高达18．9g/cm^3的金属钨。研究了声悬浮条件下非金属材料和低熔点金属的无容器处理。     

Resonance Shift of Single-Axis Acoustic Levitation

The resonance shift due to the presence and movement of a rigid spherical sample in a single-axis acoustic levitator is studied with the boundary element method on the basis of a two-cylinder model of the levitator. The introduction of a sample into the sound pressure nodes, where it is usually levitated, reduces the resonant interval H~ （n is the mode number） between the reflector and emitter. The larger the sample radius, the greater the resonance shift. When the sample moves along the symmetric axis, the resonance interval Hn varies in an approximately periodical manner, which reaches the minima near the pressure nodes and the maxima near the pressure antinodes. This suggests a resonance interval oscillation around its minimum if the stably levitated sample is slightly perturbed. The dependence of the resonance shift on the sample radius 17 and position h for the single-axis acoustic levitator is compared with Leung＇s theory for a closed rectangular chamber, which shows a good agreement.     

声悬浮条件下黏性液滴的扇谐振荡规律研究

采用单轴式声悬浮方法研究了黏度μ =0.94-75.65 mPa·s的甘油-水溶液液滴的扇谐振荡规律. 发现一定阶数的振荡模式存在一定的临界黏度μ_c, 只有当μ < μ_c时, 该阶扇谐振荡才能被激发. 实验测定了声场调制幅度η = 0.23 时, l =2-9 阶扇谐振荡的临界黏度, 发现ln μ_c与l近似呈线性递减关系. 采用参数共振理论分析了黏性液滴的扇谐振荡过程, 发现激发扇谐振荡的液滴赤道半径扰动阈值h_c正比于液滴黏度μ, 并随l增大而增大, 因此扇谐振荡难以在高黏度和高阶模式下发生. 实验还发现, 各阶扇谐振荡的振幅和共振频率宽度随液滴黏度增大而减小, 黏度对液滴本征频率无明显影响.     

声悬浮的实验研究和数值模拟分析

介绍了自行研制的一种磁致伸缩式单轴超声悬浮装置,用此装置实现了尺寸1—7mm的若干种金属、半导体和有机物在空气中的稳定悬浮和定位,可悬浮样品的密度高达11.3g/cm³.为了优化谐振腔设计,采用边界元方法结合两类不同结构的谐振腔模型研究了谐振腔几何形状对声场分布以及悬浮定位能力和悬浮稳定性的影响. 关键词：     

声悬浮条件下环己烷液滴的蒸发凝固

采用单轴式声悬浮方法研究了环己烷液滴的蒸发过程,发现环己烷液滴的蒸发可以使自身温度降至熔点以下并发生凝固.高速摄像实时观测表明,环己烷晶核开始形成于液滴赤道附近,并以枝晶方式长大,平均生长速度为12.5-160.4 mm/s.进一步研究发现,声悬浮条件下平均Sherwood数与平均Nusselt数的比值Sh/Nu是在自然对流条件下的1.3倍,这表明声流边界层有效提高了环己烷液滴的蒸发速率而对传热的促进作用相对较小,因而可以使液滴降至更低温度,进而发生凝固.据此,提出了挥发性液体在声悬浮条件下发生蒸发凝固的必要条件. 关键词： 声悬浮 声流 环己烷 蒸发凝固     

声悬浮过程的格子Boltzmann方法研究

采用轴对称多弛豫时间格子Boltzmann(LB)方法,研究了圆柱形封闭谐振腔中圆盘形样品的声悬浮过程.模拟结果表明,(001)模式下谐振腔的共振长度L=0.499λ,在谐振腔中心引入样品后共振漂移量δL≈-0.9,这与线性声学理论计算结果基本相符.声悬浮力的LB模拟过程包含了黏滞性效应和共振漂移效应,所获得的模拟结果与理论公式计算值在量值上一致,而且其在细节上更符合实验现象.此外,LB模拟还揭示出了声悬浮过程中的声压波形畸变、声流和声辐射压等非线性声学效应.