【摘要】：聲輻射力主要用于聲學(xué)微操控技術(shù)中,它可以實(shí)現(xiàn)對納米級粒子的無接觸式操控和捕捉,在細(xì)胞工程、生物醫(yī)學(xué)工程、生物物理和材料科學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。不同的聲源、不同的微粒及不同的邊界等條件下最終形成的聲場性質(zhì)和聲輻射力特征是不一樣的,從而實(shí)現(xiàn)不同方面的應(yīng)用。本文建立在理想流體中聲輻射力的物理模型,并深入研究計(jì)算平面波、球面波和高斯波束對剛性球體的聲輻射力。主要包含以下幾個(gè)方面:第一,在線性聲學(xué)中忽略黏滯、熱傳導(dǎo)和馳豫等因素的理想流體中,對研究粒子求解Euler和Lagrange坐標(biāo)體系下的聲輻射壓力表達(dá)式。將平面波用球函數(shù)展開,分別討論平面波作用于剛性球、液體球和彈性球時(shí)的散射系數(shù)。用聲場疊加原理求解平面波作用剛性球時(shí),疊加的聲場和聲速,并求出Euler和Lagrange坐標(biāo)體系下的聲輻射壓力表達(dá)式,再對聲壓所作用的剛性球曲面作積分運(yùn)算求得聲輻射力,為后文研究球面波和高斯波束對球形粒子聲輻射力作基礎(chǔ)。第二,討論球坐標(biāo)系中的聲波方程,求得聲場中聲壓的通解。對球狀穩(wěn)態(tài)的脈動(dòng)聲源求得其輻射聲壓等參數(shù)以及討論點(diǎn)聲源的特征。計(jì)算三維無限大空間的Green函數(shù)表達(dá)式。對球面波作用于剛性球的情形討論并計(jì)算散射系數(shù)和疊加聲場,研究無窮遠(yuǎn)處的聲場,得到在無窮遠(yuǎn)處球面波與平面波相似的論證,從而驗(yàn)證了用球函數(shù)對球面波展開的正確性。最后對非線性的疊加聲場用球Bessel函數(shù)及球Hankel函數(shù)作線性處理,求解球面波作用于剛性球時(shí)的聲輻射力并且進(jìn)行仿真研究。第三,闡述在無損檢測、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中常用的高斯波束的聲輻射力。從介紹高斯波束入手,同樣的用球函數(shù)對高斯波束展開,并計(jì)算入射高斯波束的波束因子,計(jì)算并討論得到高斯波束的束腰半徑很大時(shí),可以將高斯波束近似看成平面波處理的論證。用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件對高斯波束進(jìn)行仿真模擬,最后求解高斯波束對剛性球的聲輻射力,得到聲輻射力與腰束半徑之間存在的關(guān)系。
【圖文】：

子表面受到的時(shí)間平均壓力為零（由于正、負(fù)項(xiàng)相抵消），而考慮運(yùn)動(dòng)的非線性逡逑或者介質(zhì)的非線性時(shí)，粒子表面就會(huì)受到一個(gè)不為零的平均壓力，即聲輻射壓力，逡逑我們把這種處于聲場中的粒子受到的力叫做聲輻射力１１］，如圖１－１所示。逡逑Ｓ邋邐邐邐：±Ｌ逡逑．邐反射邋NB逡逑圖１－１聲輻射力示意圖逡逑早在十八九世紀(jì)人們就曾注意到輻射力現(xiàn)象［２１，而聲輻射力的相關(guān)理論解釋則逡逑是在２０世紀(jì)初由Ｒａｙｌｅｉｇｈ、郎之萬等著手開創(chuàng)的，聲輻射力的概念是由英國物理逡逑學(xué)家Ｒａｙｌｅｉｇｈ首次提出的。在理想流體中，Ｒａｙｌｅｉｇｈ處理了平面波經(jīng)過剛性板反逡逑射后，板上受到的輻射力。后來有很多學(xué)者不斷的研究，按所得到的結(jié)果可以將逡逑這方面的工作者大致分成兩部分：一部分是以瑞利為首，包括后來的富比尼、韋逡逑斯特維爾特、拜爾以及朱（Ｃｈｕ）和阿普弗爾（Ａｐｆｅｌ）等；另一部分是以郎之萬、逡逑布里淵為首，包括赫茲（Ｈｅｒｔｚ）和門德（Ｍｅｎｄｅ）、魯尼（Ｒｏｏｎｅｙ）和奈伯格（Ｎｙｂｏｒｇ）逡逑１逡逑

子表面受到的時(shí)間平均壓力為零（由于正、負(fù)項(xiàng)相抵消），而考慮運(yùn)動(dòng)的非線性逡逑或者介質(zhì)的非線性時(shí)，粒子表面就會(huì)受到一個(gè)不為零的平均壓力，即聲輻射壓力，逡逑我們把這種處于聲場中的粒子受到的力叫做聲輻射力１１］，，如圖１－１所示。逡逑Ｓ邋邐邐邐：±Ｌ逡逑．邐反射邋NB逡逑圖１－１聲輻射力示意圖逡逑早在十八九世紀(jì)人們就曾注意到輻射力現(xiàn)象［２１，而聲輻射力的相關(guān)理論解釋則逡逑是在２０世紀(jì)初由Ｒａｙｌｅｉｇｈ、郎之萬等著手開創(chuàng)的，聲輻射力的概念是由英國物理逡逑學(xué)家Ｒａｙｌｅｉｇｈ首次提出的。在理想流體中，Ｒａｙｌｅｉｇｈ處理了平面波經(jīng)過剛性板反逡逑射后，板上受到的輻射力。后來有很多學(xué)者不斷的研究，按所得到的結(jié)果可以將逡逑這方面的工作者大致分成兩部分：一部分是以瑞利為首，包括后來的富比尼、韋逡逑斯特維爾特、拜爾以及朱（Ｃｈｕ）和阿普弗爾（Ａｐｆｅｌ）等；另一部分是以郎之萬、逡逑布里淵為首，包括赫茲（Ｈｅｒｔｚ）和門德（Ｍｅｎｄｅ）、魯尼（Ｒｏｏｎｅｙ）和奈伯格（Ｎｙｂｏｒｇ）逡逑１逡逑
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O422.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2592510