由于液体中存在杂质或与液体接触的固体表面上存在裂缝，超声波在存在微小气体核的液体中传播，当波的振幅超过取决于液体的值(空化阈值)时，可导致产生振荡气泡(空化气泡)。这些气泡对声速和衰减产生色散效应。此外，介质的可压缩性和非线性参数会变得非常高。空化被广泛应用于工业过程中(清洗、混合、声化学等)。惯性空化的特点是产生不稳定的振荡气泡，这些气泡会生长和崩溃。这些气泡在特定情况下可以发光。当超声波的影响不强烈时，这些气泡在许多声循环中围绕其平衡尺寸非线性振荡而不崩溃。存在气泡振荡与超声波的非线性相互作用。这一稳定空化过程的建模是本文的主题。

图1所示。

我们建立了一个数值模型，并考虑在二维谐振腔中均匀分布在水中的空气核群，在该谐振腔中建立了频率为200 kHz的驻场超声场。气泡的产生依赖于一种非线性规律，即液体中的气泡密度与声压的负值有关，并且依赖于一种基于阈值的机制。该模型求解了一个由两个耦合微分方程组成的非线性系统，考虑了气泡的耗散和色散。这种耦合假设两个相关场，超声和气泡振荡，在相互作用过程中成为非线性的。该模型预测了液体中空化气泡的分布，并展示了空化气泡对超声场的影响。

对于低于空化阈值的振幅，核介质保持完整，声场在基频(200 kHz)处保持线性。在空化阈值以上，气泡半径为4.5 μm，在最大压力幅值区域形成云。介质的声学特性发生了变化。腔不再共振了。经过几千个周期后，新气泡的区域在空间上减小，并向源方向移动。声场发生了巨大的变化。波形衰减后出现400khz、600khz、800khz和1mhz的高次谐波，表明稳定空化气泡对超声的非线性影响。

如图1所示，超声谱图和液体中空隙率在特定点的演变显示了四个连续的阶段。1)在含核液体中形成200khz的线性驻波。2)产生了新的大气泡，它们增强了介质的非线性，声能从基波分布在谐波频率上。3)压力和气泡密度波动，导致介质非线性波动，压力谐波幅值变化。4)在大气泡密度准稳定、谐波幅值准恒定的液体中建立了强非线性驻波。

结果表明，从基次到高次的能量传递与新气泡密度的增长(孔隙率的增长)有关。它们有助于理解实验中观察到的空化结构的形成。现在需要更高阈值的更高振幅的三维模拟。

基督教Vanhille
雷·胡安·卡洛斯大学，马德里，西班牙

出版

稳定空化气泡产生的二维非线性模型。
Vanhille C
Ultrason Sonochem. 2016年7月

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