本文以聲場中物體為研究對象,理論上得到行波和駐波場中的聲輻射壓力方程.在駐波聲場中引入臨界懸浮密度概念,可作為物體能否在非線性聲場中懸浮的判據(jù),同時給出諧振腔移動速度的最大范圍.更進一步,以實驗參數(shù)作為數(shù)值計算的輸入來指導實驗,并結合實驗結果討論了駐波聲場中樣品密度和大小、發(fā)射面和反射面形狀以及兩者之間的距離、反射面的尺寸等因素對物體懸浮穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)當物體尺寸和密度確定時,調(diào)控好諧振腔的長度,增加波腹處的聲壓是提升聲懸浮穩(wěn)定性的有效手段. 

【文章來源】：大學物理. 2020,39(05)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

數(shù)值計算得到的5.9 cm直徑喇叭輻射端和10 cm邊正方反射端的駐波聲場聲壓級分布

形成駐波的條件不僅要求兩列波頻率相同,傳播方向相反,且要求兩列波的傳播相位在同一空間點上相差半個周期,才能夠達到最好的駐波效果.在實驗中發(fā)現(xiàn)當腔長度為半波長6倍時,如圖2可以懸浮6個泡沫小球,當增長至半波長7倍時,可懸浮5個泡沫小球,當腔長大于半波長8倍時,只能懸浮3個泡沫小球或更少.這是因為,諧振腔長度的增加會導致聲波衰減損失增加,從而破壞駐波聲場的結構.但如果諧振腔的長度很短,不利于實驗操作,因此本文選擇半波長6倍距離3.675 cm作為諧振腔長度,以保證腔內(nèi)軸線上駐波聲場的穩(wěn)定結構.2.3 輻射面與反射面形狀

實驗中分別選擇直徑為3.8 cm,5.3 cm,6.1 cm的三個半球面作為反射面,圖5(a)、5(b)、5(c)分別為總發(fā)射源功率一樣的條件下,數(shù)值計算得到的聲壓分布.通過比較發(fā)現(xiàn),圖5(a)存在更多可以穩(wěn)定懸浮的區(qū)域,即反射面較小時存在更多懸浮區(qū)域.此外,圖5(a)、5(b)、5(c)中,高壓峰值與低壓節(jié)點的壓強差分別為:1.12 Pa、1.03 Pa和0.99 Pa,即對于較小的反射面更容易形成更深的勢阱來束縛懸浮物,懸浮穩(wěn)定性更強.而對應于3個不同尺寸反射面區(qū)域的軸線上最大聲壓級基本保持在88～92 dB.實驗中,當泡沫小球放入直徑為3.8 cm半球面反射面的聲場中可以輕松穩(wěn)定懸浮3個以上樣品,且水平面移動范圍較大;而其他兩種半球面懸浮樣品數(shù)極少,且稍微移動反射面樣品即會脫落.計算和實驗結果均表明反射面的尺寸越小對聲波的聚攏效果就越強,實際上,通過小的反射面增加了波腹處的聲壓,可以形成更深的勢阱提升懸浮的穩(wěn)定性.

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3435454