聲輻射力是聲操控的物理基礎(chǔ),在醫(yī)學(xué)超聲、材料科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。從聲波的散射理論出發(fā),利用級(jí)數(shù)展開(kāi)法得到高斯波束的波束因子,推導(dǎo)了其對(duì)阻抗邊界下離軸球形粒子聲輻射力的表達(dá)式。針對(duì)剛性球與液體球兩種情況下的球形粒子進(jìn)行了數(shù)值模擬,與自由空間的情況進(jìn)行了比較。討論了邊界反射系數(shù)、粒子與邊界距離、束腰半徑以及離軸角度與距離等對(duì)聲輻射力函數(shù)的影響。仿真結(jié)果表明:邊界反射系數(shù)的增大會(huì)引起聲輻射力函數(shù)的增加,但不改變?nèi)》逯禃r(shí)的位置;在合適的頻率處,可以產(chǎn)生負(fù)向聲輻射力;聲輻射力函數(shù)隨粒子與邊界距離呈周期性變化;束腰半徑的影響主要體現(xiàn)在中高頻;隨著粒子偏離傳播軸的距離和角度增大,聲輻射力函數(shù)出現(xiàn)明顯的衰減。該研究拓展了粒子聲輻射力的傳統(tǒng)研究范圍,為實(shí)際中利用高斯聲束制備聲學(xué)鑷子提供了理論指導(dǎo)。 

【文章來(lái)源】：蘇州科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,37(01)

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【部分圖文】：

阻抗邊界下離軸球形粒子的聲散射示意圖

假定束腰寬度w0=3λ，粒子中心與束腰中心的距離d0=λ，d0與z軸的夾角θ=π/6。在粒子與阻抗邊界距離d0=2a的情況下，對(duì)不同反射系數(shù)下粒子在聲場(chǎng)中受到的聲輻射力函數(shù)進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖2所示。圖2(a）和2(b）分別顯示了剛性球和油酸球的聲輻射力函數(shù)隨ka的變化曲線�？梢钥闯�，不論是剛性球還是油酸球，聲輻射力在ka比較小時(shí)變化較劇烈。值得一提的是，在某些頻率處可以出現(xiàn)負(fù)向的聲輻射力，此時(shí)粒子會(huì)被聲波向聲源的方向吸引。在ka比較大時(shí)，聲輻射力在一個(gè)穩(wěn)定值附近出現(xiàn)小幅振蕩，這是由于粒子的散射波和邊界的反射波之間復(fù)雜的干涉現(xiàn)象所引起的必然結(jié)果。隨著反射系數(shù)的增大，聲輻射力的峰值減小，但振蕩峰值的位置并不因此而改變。對(duì)比圖2(a）和2(b）可以發(fā)現(xiàn)，油酸球的聲輻射力峰值遠(yuǎn)小于剛性球，且其峰值位置也有所不同。2.2 粒子與邊界的距離對(duì)聲輻射力的影響

為研究高斯波束的束腰半徑對(duì)于聲輻射力的影響，固定邊界的聲壓反射系數(shù)Rs=0.5，粒子與邊界的距離d=2a，粒子中心離軸的距離和角度不變，對(duì)不同束腰半徑下的聲輻射力進(jìn)行仿真，剛性球和油酸球的結(jié)果分別如圖4(a）（剛性球）和4(b）（油酸球）所示。仿真的結(jié)果表明，束腰半徑對(duì)于聲輻射力的影響主要體現(xiàn)在ka>2時(shí)，即中高頻附近。隨著束腰半徑的增加，中高頻處的聲輻射力函數(shù)在不斷增大，并且最終趨近于平面波入射的情況。圖4 不同束腰半徑下聲輻射力函數(shù)Yp隨ka的變化


本文編號(hào)：3471571