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.     

基于振荡气泡法测定声悬浮液滴的表面张力

通过调节阵列式声悬浮装置的悬浮声压,使悬浮液滴转变为气泡.利用振荡气泡法的原理,结合声悬浮气泡在声场中处于缓慢变形的非平衡状态特点,对原始气泡表面膨胀系数的公式进行了修正.实验过程中采用高速摄像机记录气泡形成及振荡过程的图像,并对图像进行处理,测定悬浮气泡的表面膨胀模量,得到液体的动态表面张力.以锅炉用油为样品,利用声...     

声悬浮液滴的表面毛细波及八阶扇谐振荡

采用声悬浮方法研究了自由液滴表面的毛细波形成机理,并利用主动调制声场技术激发了液滴的八阶扇谐振荡.实验结果表明,当声场调制频率接近液滴本征频率的两倍时,液滴将由轴对称受迫振荡向非轴对称扇谐振荡模态转变.实验与理论分析证实,参数共振是毛细波与扇谐振荡的形成原因.扇谐振荡的本征频率随液滴赤道半径的增大而减小,可通过修正的Rayleigh方程来描述. 关键词： 声悬浮 液滴 毛细波 扇谐振荡     

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.     

声悬浮现象的研究

分析了声波在垂直谐振腔内使物体悬浮于空中的条件与位置,给出了运用声悬浮现象测量声速的方法并实测了声速.     

驻波与声悬浮

<正>1886年,德国科学家孔特(Kundt)发现,谐振管中的声波能够让灰尘颗粒悬浮起来,这一发现引发了悬浮技术的大革命,而今,声悬浮的威力已     

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：     

声悬浮的物理基础

物体在某一方向所受合力为零时,在该方向物体将保持其原有的静止或匀速直线运动状态.如果物体在竖直方向所受合力为零,物体便可能悬浮在空中;例如在太空轨道上处于失重状态的宇航员可     

运用声悬浮现象测量声速的演示实验

介绍一个新颖的运用声悬浮现象测量声速的演示实验,详细分析讨论了声波在垂直谐振腔内使物体悬浮于空中的条件与位置。     

声悬浮及声速测定实验仪的设计

《声速测定》是大学物理实验中比较普遍的一个综合性实验。在声速测定实验仪的基础上,改进了信号源,并制作了声悬浮配件,使其实现既可以用多种方式测量声速,又可演示声悬浮实验现象。声悬浮及声速测定实验仪悬浮稳定性强,声速测定准确,仪器造价低,使用方便,这样设计节省了实验室资源和空间。     

High undercooling of bulk water during acoustic levitation

The experiments on undercooling of acoustically levitated water drops with the radius of 5-8 mm are carried out, and the maximum undercooling of 24 K is obtained in such a containerless state. Various factors influencing the undercoolability of water under acoustic levitation are synthetically analyzed. The experimental results indicate that impurities tend to decrease the undercooling level, whereas the dominant factor is the effect of ultrasound. The stirring and cavitation effects of ultrasound tend to stimulate the nucleation of water and prevent further bulk undercooling in experiments. The stirring effect provides some extra energy fluctuation to overcome the thermodynamic barrier for nucleation. The local high pressure caused by cavitation effect increases the local undercooling in water and stimulates nucleation before the achievement of a large bulk undercooling. According to the cooling curves, the dendrite growth velocity of ice is estimated, which is in good agreement with the theoretical prediction at the lower undercooling. The theoretical calculation predicts a dendrite growth velocity of 0.23 m/s corresponding to the maximum undercooling of 24 K, at which the rapid solidification of ice occurs.     

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.     

气体物理性质对近场超声悬浮特性的影响研究

在利用近场超声悬浮技术搬运晶圆的过程中,为提高近场超声悬浮力,该文研究了气体物理性质与近场超声悬浮力之间的关系。利用声辐射压理论与流体力学理论对不同气体介质下的悬浮力进行建模与求解。搭建了可测量不同气体环境中悬浮力的实验平台。实验发现氩气环境下超声悬浮力平均值相对空气环境下提升24.8%。结合实验与理论计算分析了气体密度、比热容比、声速与动力黏度对悬浮力的影响,推断气体的比热容比为影响近场超声悬浮力的主要参数。该方法为晶圆搬运的环境适用性提供了参考价值。     

声悬浮过程的激光全息干涉研究

利用二次曝光全息干涉术实现了对单轴式声悬浮声压场的研究.分别拍摄了悬浮不同物体和 不同输出功率情况下声悬浮场的多幅全息图，并进行了对比分析.结果表明，实验中获得的 声压分布图样与由声波动方程获得的理论声压分布基本一致，其相应中轴线的强度分布也具 有很好的一致性.与以往的声场测量方法相比，二次曝光法非接触、无干扰及全场测量的优 势在声悬浮场测量中得以充分体现，该方法的引入不但简化了声悬浮场测量的实际操作，而 且可以更直观地获得全场信息，为优化声悬浮系统提供了实验依据. 关键词： 全息干涉术 二次曝光法 声悬浮 谐振     

电磁悬浮条件下液态Fe_(50)Cu_(50)合金的对流和凝固规律研究

基于轴对称电磁悬浮模型,理论计算了二元Fe_(50)Cu_(50)合金熔体内部的磁感应强度和感应电流,分析了其时均洛伦兹力分布特征,进一步耦合Navier-Stokes方程组计算求解了合金熔体内部流场分布规律.计算结果表明,电磁悬浮状态下合金内部流场呈现环形管状分布,并且电流强度、电流频率或合金过冷度的增加,均会导致熔体内部流动速率峰值减小,平均流动速率增大,并使流动速率大于100 mm·s~(-1)区域显著增大.通过与静态凝固实验对比发现,电磁悬浮条件下熔体中强制对流使得合金内部富Fe和富Cu区的相界面呈波浪状起伏形貌,并且富Cu相颗粒在熔体上部分出现的概率增加.     

On the horizontal wobbling of an object levitated by near-field acoustic levitation

A circular planar object can be levitated with several hundreds of microns by ultrasonic near-field acoustic levitation (NFAL). However, when both the sound source and the levitated object are circularly shaped and the center of the levitated object does not coincide with the source center, instability problem often occurs. When this happens, it becomes difficult to pick up or transport the object for the next process. In this study, when the center of the levitated object was offset from the source center, the moving direction of the levitated object was predicted by using the time averaged potential around the levitated object. The wobbling frequency of the levitated object was calculated by analyzing the nonlinear wobbling motion of the object. It was shown that the predicted wobbling frequencies agreed with measured ones well. Finally, a safe zone was suggested to avoid the unstable movement of an object.