空化气泡的运动特性
通过许多研究者对于空化效应的观测，发现空化泡在声场中一直处于运动或振荡状态，并且随外界条件的不同，如声压、频率等声学参数，液体物理属性以及气泡初始半径等，呈现不同的运动状态，同时空化强度不尽相同，这类现象将大大影响超声波清洗的效果。 最早由在未考虑液体可压缩性、表面张力以及液体粘性的情况下，建立了以半径为动力学参数的球形气泡动力学方程，之后等对 Rayleigh 方程进行修正得出符合实际场景的 Rayleigh-Plesset（R-P）动力学方程，计算更为准确。 但 R-P 方程是建立在气泡小振幅运动状态下，同时要考虑到空化气泡在超声场中的非球形状态，推导出以体积为动力学参数的 R-P 方程，具有更大的计算精度。 等忽略液体压缩，气泡内蒸汽压等情况，用 Matlab 对单一空化气泡的理想模型进行 R-P 方程计算，计算空化的谐振频率和气泡共振半径，模拟不同频率参数以及对比三角波、方波和正弦波信号对气泡产生到溃灭时运动特性的影响，得知单一的增加频率，不一定能增强空化效果，方波信号比其它信号激励下的空化效果要好。 等则根据实际条件，同时考虑了气泡运动时向液体辐射声波而存在的辐射阻尼，讨论了频率以及初始半径对气泡运动的影响，结果表明，超声频率小于共振频率时，空化气泡的数量逐渐增多，频率增大时，空化泡难以被压溃，只能往复振荡运动，空化效果减弱，同样对于初始半径大于共振半径的空化气泡，在声场中也做振荡运动不会被压溃，小于初始半径则会在负压作用下增大到共振半径压溃。 等通过数值模拟的方法，建立以水为清洗液体环境中的空化气泡动力学模型，模拟清洗温度从 0~80 ℃空化效果的影响。 发现随着温度升高，液体的表面张力和粘性下降，气泡具有更快的膨胀的速度，且从生成到湮灭的时间缩短为原来的三分之一，在 50 ℃左右的温度下空化气泡膨胀半径最大，空化强度达到最大，而温度的变化几乎不影响空化气泡的运动特性。