体积粘滞对气泡动力学特性及激励声波频谱能量的影响

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理论基础．
பைடு நூலகம்
关键词：体积粘滞；气泡动力学特性；声波；能量变化
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６ — ７０４３．２０１２１１０８２
网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１３０５３０．０９２７．００６．ｈｔｍｌ
体积粘滞对气泡动力学特性及激励声波频谱能量的影响
杨德森，江薇，时胜国，时洁，张昊阳，靳仕源
（哈尔滨工程大学水声技术重点实验室，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要：为了研究体积形变对气泡运动状态的影响，推导了在声波激励下考虑体积粘滞作用的气泡动力学模型以及其自
ＹＡＮＧＤｅｓｅｎ，ＪＩＡＮＧＷｅｉ，ＳＨＩＳｈｅｎｇｇｕｏ，ＳＨＩＪｉｅ，ＺＨＡＮＧＨａｏｙａｎｇ，ＪＩＮＳｈｉｙｕａｎ
（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｖｏｌｕｍｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｂｕｂｂｌｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｔｅ，ｔ｝ｌｅｂｕｂｂｌｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｏｒｄ．
ｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｖｏｌｕｍｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｅｆｆｅｃｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｎｕｍｅｉｃｒｌａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅａｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＫｅｌｌｅｒｅｑｕａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｔｅｏｆｂｕｂｂｌｅｓｉＳｍｏｒｅｔｈａｎｐｅｉｒｏｄ３．ｔｈｅｖｏｌｕｍｅｖｉｓ — ｃｏｓｉｔｙｗｉｌｌｈｉｎｄｅｒｔｈｅｒａｎｄｏｍｍｏｔｉｏｎｏｆｂｕｂｂｌｅ，ａｎｄｅｖｅｎｃｈａｎｇｅｉｔｓｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓ．Ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ，ｔｈｅｂｕｂ — ｂｌｅｓｎｅｅｄａｈｉｇｈｅｒｉｎｃｅｎｔｉｖｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｆｒｏｍｔｈｅｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓｔｏｃｈａｏｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｔｅｓｏｆｂｕｂｂｌｅｓａｒｅｄｉｆｆｅｒ－ｅｎｔ，ｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｂｒｏａｄｅｎｉｎｇｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅｉｎｃｅｎｔｉｖｅｗａｖｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓａｒｅａｌｓｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｉｎｒｇ
中图分类号：Ｐ７３３．２４文献标志码：Ａ文章编号：１００６．７４３０（２０１３）０６ — ０７３４ — ０８
Ｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｖｏｌｕｍｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｎｄｙｎａｍｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｕｂｂｌｅｓａｎｄｓｐｅｃｔｒａｌｅｎｅｒｇｙｃｈａｎｇｅｏｆｉｎｃｅｎｔｉｖｅｓｏｕｎｄｗａｖｅ
第３４卷第６期
２０１３年６月
哈
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报
Ｖｏ１．３４Ｎｏ．６
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｊｎ．ａ２０１３
治方程．通过数值计算分析了考虑体积粘滞作用时气泡的动力学特性以及激励声波频谱的能量变化规律，并与Ｋｅｌｌｅｒ方
程的结果进行了对比．研究结果表明：气泡在运动状态为周期三以上时，体积粘滞会阻碍气泡的无规运动，甚至改变其动力学特性，因此气泡需要更高的激励阈值才能从分岔到混沌状态．且考虑体积粘滞作用时，气泡的运动状态不同激励声波通过气泡后的频谱展宽程度也不同．为实际应用气泡的动力学特性以及激励声波频谱的能量转移方面提供了一定的
ｅｌａｎｄｉｔｓａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｅｑｕａｔｉｏｎｔａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｖｏｌｕｍｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｅｆｆｅｃｔｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｗａｓｄｅ — ｉｖｒｅｄ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｕｂｂｌｅｓａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｅｎｅｒｇｙｖａｉａｒｔｉｏｎｓｏｆｉｎｃｅｎｔｉｖｅｓｏｕｎｄｗａｖｅｗｈｅｎｔａｋ－