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圆锥泡声致发光气泡动力学过程的理论分析

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何寿杰[1] 哈静[2] 李雪辰[1] 李庆[1] 王龙[3]

[1]河北大学物理科学与技术学院,保定071002 [2]河北农业大学理学院,保定071001 [3]中国科学院物理研究所,北京100080

力学学报
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国际标准刊号:ISSN 0459-1879
国内统一刊号:CN 11-2062

摘  要:

在绝热压缩模型的基础上,详细讨论了圆锥泡声致发光中气泡运动的动力学过程,得到了气泡塌陷速度方程、气泡内压强方程以及温度方程.结果显示在气泡进入圆锥腔的初始阶段,气泡的塌陷速度随着压缩半径的不断减小近似线性地增加;然后随着压缩半径的进一步减小,气泡塌陷的加速度逐渐减小;当气泡塌陷速度达到最大值后,随着气泡压缩半径的进一步减小,塌陷速度迅速下降至零.在假设初始气压为1000Pa的基础上,理论分析得到气泡的最高塌陷速度可以达到5.8m/s;气泡的最小压缩半径可以达到1.37cm,相应的气泡内极限压强超过4.5×10^5Pa,极限温度超过3150K,而液流能够提供给气泡的能量达到0.02J.理论推导得到的结果可以比较好地用来解释实验中的现象.最后分析得到气泡内的初始气压对气泡所能达到的极端条件有着重要的影响.[著者文摘]

用来产生空化发光的最普遍的方法是利用超声激励液体中的微小气化核,从而引起气泡的生长、膨胀、塌陷和发光,这种现象称为声致发光_lj_ 除了可以利用超声激励获得气泡的空化发光以外,还有其他一些方法,例如刹管法、水锤法_3j以及激光法[ 】等,上述这些方法产生的气泡发光现象习惯上也称为声致发光.通常利用超声激励的方法获得的声致发光光强很弱,这就给实验的测量带来了困难,于是人们提出了各种方法增强其发光强度[5j_本研究小组在前期的工作中建立了一套u型管圆锥泡发光装置,已经证实利用这套装置可以产生超强的发光脉冲,同时测量得到了不同实验条件下的发光脉冲和发光光谱[ .但是由于装置的不透明性,气泡的实际运动过程没有办法从实验中观察得到.

文章出处:

《力学学报》-2007年39卷6期 -727-731页

chinese journal of theoretical and applied mechanics

分 类 号:

O354

文献标识码:

A

文章编号:

0459-1879(2007)06-0727-05

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[参考文献]

THEORETICAL STUDY ON DYNAMIC PROCESS OF CONICAL BUBBLE SONOLUMINESCENCE

He Shoujie, Ha Jing,Li Xuechen, Li Qing, Wang Long( 1.College of Physical Science and Technology, Hebei University, Baoding 071002, China;2.Institute of Science, Hebei Agriculture University, Baoding 071001, China;3. Institute of Physics, Chinese Academy of Science, Beijing 100080, China)

Abstract:

The dynamic process of conical bubble sonoluminescence is discussed based on the adiabatic process. The equations for the velocity of bubble collapse, the pressure and temperature within the bubble are derived. Results show that the velocity of collapsing bubble increases with the decrease of the radius of collapsing bubble first in an approximately linear manner, then the maximal velocity of collapsing bubble is reached, subsequently, the velocity of collapsing bubble quickly decreases. Assuming that the initial pressure is equal to 1000 Pa, the maximal value of the velocity of bubble collapse is 5.8m/s, the minimum radius of the bubble is 1.37cm, then the huge pressure of 4.5 ×10^5 Pa, the collapsing temperature of above 37000K, and the maximal energy of about 0.02 J can be achieved. The equations obtained in this paper could explain the phenomena of experiment. Finally, results show that the initial pressure within the bubble has important effects on the final extreme conditions.[著者文摘]

Key words:

conical bubble sonoluminescence, velocity collapsing bubble, pressure of collapsing bubble, adiabatic collapse, radius of

收稿日期: 2007-03-21
修订日期: 2007-09-17

基金资助:

国家自然科学基金(20273077)和河北大学校内青年基金(2005Q06)资助项目.

作者简介:

E-mail:heshouj@mail.hbu.edu.cn

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