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超声造影剂空化泡数值模拟及液体混合的实验研究

作　者: 奉策强
导　师: 赵良举
学　校: 重庆大学
专　业: 工程及工程热物理
关键词: 超声空化超声造影剂空化气泡运动液体混合
分类号: TB559
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着科学技术的发展,超声技术在众多领域得到了广泛的应用。超声空化是在超声波作用下液体媒质内引发的一种特有的物理现象,是超声在实际应用中的主要动力。空化气泡在超声波作用下,生长、压缩、再生长、再压缩,循环振荡直至破灭,从而引发了许多物理、化学效应,如加速化学反应速度,破坏生物结构,产生光辐射等。空化效应的强度受到多种因素的影响,从而为空化现象的理论研究带来了许多不确定因素。因此,空化气泡运动规律的研究对理论研究和实际应用都具有十分重要的意义。本文从理论和实验两个方面对超声空化现象进行了研究,主要的工作如下:(1)在理论方面,本文依据空化气泡的运动规律,把气泡看作一个以液体为负载的振子,沿用Rayleigh的推导方法,由能量守恒推导出了多参数下空化气泡壁的运动方程。而后应用Matlab进行程序编写对方程进行模拟求解,主要是就空化泡内不同气体参数的求解。结果表明:在相同条件下,范德瓦尔斯半径对空化效应影响不大;绝热系数大的气体产生的空化效应更强;而在超声造影剂填充气体的选取上,则需要选取绝热系数小,气体空化气泡的初始半径在10?6 m这个数量级的气体。(2)在实验方面,本文主要分为两部分。第一部分是通过对实验图片分析,验证超声波在作用于两种不相溶液体混合时,超声空化效应是混合的主要动力;第二部分通过对ph值分析,验证超声波能否使两种不相溶液体均匀混合。结果表明:空化现象所产生的高速微射流为混合提供的主要动力;在超声波作用下,两种不相溶的液体能达到均匀混合状态。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
主要符号表  7-8
1 绪论  8-21
  1.1 前言  8-9
  1.2 空化基本理论  9-13
    1.2.1 空化的发展  9-11
    1.2.2 空化的原理  11-13
  1.3 超声空化  13-17
    1.3.1 超声空化的基本理论  13-15
    1.3.2 超声空化的研究现状  15-17
  1.4 超声波的应用  17-19
    1.4.1 超声的被动应用  18
    1.4.2 超声的主动应用  18-19
  1.5 本课题的研究内容及目的  19-21
2 超声造影剂空化泡的模拟研究  21-42
  2.1 空化气泡壁运动方程  21-30
    2.1.1 气泡基本理论公式  21-22
    2.1.2 空化气泡壁运动方程模型的建立和简化  22-23
    2.1.3 空化气泡壁运动方程的推导  23-27
    2.1.4 空化气泡壁运动方程的Runge-Kutta 法求解  27-30
  2.2 不同气体空化泡模拟计算  30-37
    2.2.1 范德瓦尔斯半径对空化泡运动的影响  31-33
    2.2.2 绝热系数对空化泡运动的影响  33-37
  2.3 超声造影剂空化泡模拟计算  37-40
    2.3.1 填充气体种类对空化泡运动的影响  37-38
    2.3.2 填充气体初始半径对空化泡运动的影响  38-40
  2.4 小结  40-42
3 超声空化混合实验研究  42-52
  3.1 引言  42-45
  3.2 空化气泡的破裂对液体混合的实验研究  45-48
    3.2.1 实验目的  45
    3.2.2 实验系统和方法  45-46
    3.2.3 实验结果及讨论  46-48
  3.3 超声空化对液体混合效果的实验研究  48-51
    3.3.1 实验目的  48
    3.3.2 实验系统和方法  48-49
    3.3.3 实验结果及讨论  49-51
  3.4 小结  51-52
4 结论  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-57
附录  57

超声造影剂空化泡数值模拟及液体混合的实验研究

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