模拟尾流泡幕及实际尾流光学性质对比研究

对模拟尾流泡幕及实际尾流光学性质进行了对比研究.结果表明,实验室模拟尾流气泡幕的散射光平均照度均值随着压强变化梯度大,可据此定性区别不同压强的气泡幕.实际尾流随着航速增大,散射光照度减小,但这种减小不是线性的.散射光照度一定周期性的规律,说明随着航速的增大,尾流气泡幕逐渐增强,气泡幕中气泡密度、不同直径气泡分布等均随之变化,这可能预示着气泡幕的增强存在饱和度.实验室模拟尾流气泡幕与实际尾流的散射光信号在轮廓方面是相似的,都随着压强或航速的增加而减小.通过比较实验室模拟气泡幕和实际尾流的差值信号,可以有效地消除杂散光或自然光的影响,利用Haar小波对差值信号的分析也得到相同的结论.     

一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器

 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性.     

一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器

提出并研究了一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器,与传统的点环形盘形压电陶瓷变压器相比,原来整个压电陶瓷圆盘由不同厚度的压电陶瓷内盘和外环所代替。论文应用压电方程并结合相关弹性理论对厚度极化的压电陶瓷圆盘和圆环的径向振动进行分析,并利用解析法获得了新型变压器径向振动的机电等效电路。在此基础上,得出了新型变压器的输入阻抗、共振频率、反共振频率、电压增益和功率效率的解析解;将计算所得共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果进行比较验证,模拟结果和理论计算值相吻合;且分析探讨了新型压电变压器的几何尺寸对最大电压增益和其对应的频率的影响。     

超声换能器的高功率性能测试

大功率超声换能器的性能测试是比较困难的．本文提出了一种测量大功率伏态下夹心式压电换能器性能参数的新方法．利用该方法不仅能够得到换能器的各种转换效率,而且可以测量换能器等效电路中的等效电参数．实验表明,用该方法得到的结果与用高频电功率计法所得的结果基本上符合．这一方法为换能器的大功率状态性能评价提供了途径．     

矩形板高阶模式超声振动辐射器的研究

在耦合振动理论以及矩形截面细棒弯曲振动的基础上,本文对矩形薄板的弯曲振动进行了研究,推出了自由边界矩形薄板的弯曲振动频率方程,研究了薄板的振动模式及其与共振频率的关系.实验表明,矩形薄板弯曲振动共振频率的测量值与计算值符合很好.用共振式矩形薄板作为超声清洗等液体中超声应用技术的声波辐射器具有声场分布均匀,换能器频率调节容易,声波辐射面大等优点,是一种很有前途的新型超声源。     

超声频矩形六面体的三维耦合振动

本文利用表观弹性法分析了矩形六面体的三维耦合振动,重点分析并计算了矩形六面体的基模方式耦合振动,推出了矩形六面体基频振动的总体频率方程,得出了六面体基模耦合振动的三个谐振频率,即六面体三个轴向的谐振频率f_x,f_y及f_z,实验表明谐振频率的测量值与计算值基本符合,本研究将为复频超声清洗中换能振动系统的设计提供理论依据。     

斜槽式纵-扭复合模式压电超声换能器的研究

对斜槽式纵-扭复合振动模式压电超声换能器进行了理论及实验研究。推出了换能器的机电等效电路,探讨了槽的倾斜程度对复合超声换能器的共振频率的影响。实验表明,理论预测频率与实测频率基本一致。     

基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器

本文提出了一种基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器,它主要由内金属圆环和外压电陶瓷复合材料圆环组成.首先利用Newnham串并联理论和均匀场理论推导了2-2型压电复合材料的等效参数;其次利用解析法得到了金属圆环和径向极化压电复合陶瓷圆环径向振动的机电等效电路;最后得到了换能器的六端机电等效电路,从而得到了换能器的频率方程.接着分析了换能器共振频率和反共振频率以及有效机电耦合系数与几何尺寸、两相体积占比的关系,采用仿真软件对新型换能器的径向振动进行了数值模拟.结果表明,利用解析法得到的共振频率和反共振频率与数值模拟结果吻合较好.此外,对换能器在水下的辐射声场进行了仿真研究,结果表明新型复合材料径向换能器相比传统纯陶瓷径向换能器,发射电压响应幅值更大,工作带宽提高接近一倍,声匹配更佳.     

非线性声场中的参量激发

本文基于求解单频声波方程近似解的方法,得到了非线性声场中谐波的声压与介质性质、初始声压幅值及频率之间的定量关系.并对两列相对声压幅值和相对频率不同情况下的声场分布进行了研究.通过分析单、双频声源辐射场中的谐波分布和传播规律发现:在非线性声场中会不断地出现新的谐波,激发的各阶谐波随着声波传播距离的增大逐渐增强而后减弱.在声源的附近,谐波的声压随基波声压振幅的增大而增大;但在基波的频率增大时反而会减小.在输入总声能相同的情况下,与单频声场相比双频声源辐射场的声能量分布较均匀,声的传播距离较大,远场中的谐波含量较大.结果表明,基波的频率越高,衰减得越快,谐波的积累越缓慢;声压的极值越大,基波声能量转移得越多,产生的谐波越多,基波的衰减越快,声压对远场声能的负效应增大;如果改用多频声源,并适当地控制输入声波的组成成分,可以达到改善声场分布均匀性、增大声辐射距离的效果.     

机械搅拌对声空化动力学特性的影响

涡流场影响着声场分布,进而影响着声空化特性,以机械搅拌产生的涡流场为研究对象,使用COMSOL软件数值模拟了不同搅拌速度下的声场分布情况.结果显示,机械搅拌增加了声场分布的均匀性和声压幅值.接下来将仿真得到的瞬时声压值用Origin软件拟合,然后将拟合得到的声压函数代入Keller-Miksis气泡动力学方程中,得到了不同搅拌速度下空化泡的半径随时间的变化情况,从计算结果中发现,未加机械搅拌的条件下,只有z=7.3 cm截面上有空化效应产生.最后根据所得到的空化泡半径,计算了空化泡内部的温度.结果显示,空化泡在有搅拌存在的条件下,内部温度得到了大幅增加,当搅拌速度达到1000 r/min后,空化泡内部温度会随着搅拌速度的增加而降低.最后设计实验验证了仿真结果.仿真得到的结果不仅从理论上解释了机械搅拌提高有机溶液超声降解率的原因,还发现了过高的搅拌速度会降低声空化强度,从而降低声化学反应速率,这为通过机械搅拌来进一步提高超声降解率提供了新思路.