气泡在声场作用下的非线性动力学行为理论研究

论文摘要

由于声空化可以产生显著的机械和化学效应,在生物医学、化学工程等有很多重要的应用。在多个外加声场驱动下,空化效应可以得到增强,例如,声致发光的强度提升、声化学反应器的效率升高、超声成像精度提升。但在多个外加声场的驱动下,气泡很容易表现出混沌振荡等非线性特性,从而影响空化效应在上述领域中的应用。因此,有必要详细揭示气泡在多频声场驱动下的非线性动力学特性。本文研究了双频声场驱动下气泡的非线性特性,以及声波在多分散气泡稀溶液中传播时气泡泡径分布对其影响。本文主要研究了声场强度、能量分配比例和初始相位差等因素对气泡非线性动力学行为的影响。气泡壁面方程基于Keller-Miksis方程进行计算,在MATLAB中使用四阶龙格库塔法求解,并使用时域图、相图、分叉图和Lyapunov指数谱图进行分析。声场强度较低时,气泡一直处于周期振荡,受初始相位差的影响较小。随着声场强度的提高,初始相位差的影响越来越明显,气泡会在特定初始相位差区间内产生倍周期分叉和混沌振荡等非线性现象。对于气泡分布函数对声波传播的影响,本文基于正态分布对气泡尺寸进行拟合,从相速度和能量衰减两方面研究了气泡对声波传播的影响。当气泡分布函数中的标准差发生变化时,声波的相速度和能量衰减都有较大的变化,尤其是相速度的最小值和能量衰减的最大值变化最为明显。

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第1章绪论

1.1 引言

1.2 气泡非线性振荡研究进展

1.3 声波在含气泡体隙率较低溶液中的传播

1.4 本文研究方法及内容

第2章气泡运动方程求解及非线性时间序列分析

2.1 气泡运动方程及其求解

2.2 非线性时间序列分析

2.3 小结

第3章气泡振荡系统的Lyapunov指数计算

3.1 Lyapunov指数定义

3.2 Lyapunov指数计算方法概述

3.2.1 定义法

3.2.2 正交法

3.2.3 Wolf方法

3.3 小结

第4章双频驱动下气泡振荡的非线性特性

4.1 双频声场对气泡振荡的影响

4.2 初始相位差对气泡振荡的影响

4.2.1 声场强度较低时初始相位差引起的非线性行为

4.2.2 声场强度稍高时初始相位差引起的非线性行为

4.2.3 能量阈值点随初始相位差的变化

4.2.4 周期性验证

4.2.5 气泡振荡的Lyapunov指数云图

4.3 小结

第5章气泡分布函数对声波在气泡稀溶液中传播的影响

5.1 基本方程和研究方法

5.2 实验验证

5.2.1 Kol'tsova的实验数据

5.2.2 Fox的实验数据

5.3 计算结果和讨论

5.3.1 相速度

5.3.2 能量衰减

5.4 小结

第6章结论与展望

6.1 主要结论

6.2 发展与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋子标

导师: 杜小泽,张宇宁

关键词: 气泡,非线性,指数,混沌振荡,分布函数,相速度,能量衰减

来源: 华北电力大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学,物理学

单位: 华北电力大学(北京)

基金: 国家自然科学基金(项目编号:51506051)

分类号: O35;O422.2

DOI: 10.27140/d.cnki.ghbbu.2019.000230

总页数: 65

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