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.     

Ouzo液滴的声悬浮动力学研究

以单轴式声悬浮和圆柱形探针为模型, 研究了探针沿水平方向进入和退出声场过程中球形悬浮样品的运动学特征和动力学机制。实验发现, 在一定距离范围内, 探针的靠近使悬浮样品振幅增大, 振动频率减小, 并对悬浮样品产生吸附效应。探针退出声场时的临界脱附距离大于其进入声场时的临界吸附距离, 表现出滞后效应。临界吸附距离和临界脱附距离均与探针直径成正比。有限元计算结果表明, 探针对悬浮样品产生吸附作用的机理是探针引起了声场的非轴对称分布, 产生了指向探针方向的声辐射力分量。计算结果还揭示了探针位置和直径对样品最大偏离距离和水平振动频率的影响规律, 与实验结果吻合。

     

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     

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     

Bessel驻波对椭球形液滴的声辐射转矩

在实际的声操控中,由于声辐射力、表面张力和重力的共同作用,液滴往往呈现出椭球的形状,在螺旋声场中会受到力矩的作用而发生转动。从声波的散射理论出发,根据部分波展开法求解得到了椭球形液滴在Bessel驻波场中的声散射系数,并给出了其受到的声辐射转矩的解析式。在此基础上,对椭球形不可压缩液滴和椭球形可压缩液滴分别进行数值计算。仿真结果表明,不可压缩液滴的声辐射转矩与声束半锥角的关系更密切,而可压缩液滴则更依赖于特定的频率;提升Bessel驻波场的阶数有利于增强声辐射转矩的峰值,但在中低频处较难对可压缩液滴产生明显的力矩。该研究结果预期对利用螺旋声场进行液滴的操控具有理论指导作用。     

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     

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.     

二维声悬浮演示仪的实验设计

声悬浮是通过声波对微小物体产生的声辐射力与其重力平衡而实现的一种悬浮现象.本文提出了一种新的声悬浮演示装置,其特点是利用振动源激发金属板振动形成扩展声源,金属板上振动的每一点均可激发声波,再经反射板反射形成二维驻波场,这样即可实现悬浮点的二维排列.相比于单轴声悬浮装置,这种二维声悬浮装置在演示效果上具有悬浮效率高,悬浮...     

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。     

具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。     

管内气体声振荡特性的气-动格式模拟

本文对活塞驱动的谐振管中气体的非线性振荡,给出了考虑热、黏作用的气-动格式模型,并数值分析了气体振荡的演化过程和谐振时的激波特性.研究了频率对谐振荡行为、模式及压力波形的影响.并分析了压比随频率的变化关系.计算结果与早期文献研究的实验及计算结果具有好的一致性.模拟结果显示了气-动格式在谐振管内非线性气体振荡模拟中的数值...     

Transport and harvesting of suspended particles using modulated ultrasound

Polystyrene particles of 9 μm diameter were acoustically concentrated along the axis of a water-filled cylindrical waveguide containing a 3 MHz standing wave field. Modulation of the acoustic field enabled transport of the concentrated particles in the axial direction. Four modulations were investigated; 1, a fixed frequency difference introduced between two transducers; 2, ramping the transducer frequency; 3, tone burst, i.e. sound that is pulsed on and off, allowing intermittent sedimentation under gravity; and 4, switching the sound off to allow continuous sedimentation. The most efficient transport (leaving the fewest particles in suspension) of clumps to one end of the container was achieved with method 1 above. In this system the maximum speed of transport of the axial clumps was 24 mm s^-1. A theory developed here for the transport of particles in a pseudo (i.e. slowly moving) standing wave field predicts an upper limit, which increases with particle size, for the speed of an entrained body. For a single 9 μm diameter particle in a field with a spatial peak pressure amplitude of 0.4 MPa this speed would be 0.5 mm s^-1. The higher experimental speeds observed here emphasize the value of acoustically concentrating particles into relatively large clumps prior to initiating transport.     

Internal flow of acoustically levitated drops undergoing sectorial oscillations

We present the experimental observation and theoretical analysis of fluid flow in acoustically levitated water drop undergoing sectorial oscillations. The fluid always flows between the extended sections and the compressed sections. The magnitude of fluid velocity decreases from the equatorial fringe to the centre of levitated drop. The maximum fluid velocity is 60-160 mm/s and the Reynolds number of the oscillations is estimated to be 137-367. The internal flow of the drop is analyzed as potential flow, and the fluid velocity is found to be horizontal. In the equatorial plane, the calculated stream lines and velocity profiles agree well with the experimental observations.     

研究激光激发的声表面波与材料近表面缺陷的振荡效应

根据激光激发声表面波的热弹运动方程及热传导方程, 采取有限元技术对方程进行求解, 得到声表面波传播波形图. 当声表面波经过近表面缺陷时, 声表面波与近表面缺陷之间产生一种振荡效应, 通过近表面缺陷的振荡波形幅值存在一个逐渐增加后又逐渐减小的过程. 当声表面波经过不同深度的近表面缺陷时, 振荡信号中心频率存在一定的变化规律. 数值仿真结果表明: 当近表面缺陷深度从0.1 mm到0.5 mm变化时, 振荡效应产生的振荡信号中心频率从0.4 MHz到0.76 MHz变化, 振荡信号中心频率与近表面缺陷深度呈近似线性关系, 这为近表面缺陷的定量检测提供了一种理论基础.     

声悬浮实验中谐振腔形状对声压大小的影响研究

研究了不同谐振腔接收器表面的声压大小,发现谐振腔内增减凹球面反射面对声压波形有较大影响.分析了声压波形发生变化的原因,认为增加凹球面反射面时,声压波形变化是由于声波在谐振腔上下两表面存在非垂直反射.