本文關(guān)鍵詞：超聲驅(qū)動(dòng)下的液體中包膜氣泡動(dòng)力學(xué)模型　出處：《南京大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：液體中的氣泡若帶有一層物質(zhì)(稱為包膜層)包裹住其內(nèi)部氣體,則稱之為包膜氣泡�，F(xiàn)實(shí)中有的氣泡天然帶有包膜層,有的自發(fā)形成包膜層,還有的被人工賦予包膜層。在聲空化領(lǐng)域,人們研究發(fā)現(xiàn)劇烈脈動(dòng)的空化泡表面并不是簡(jiǎn)單的氣液界面,而是存在一層包膜層。在超聲醫(yī)學(xué)界,人們制造了一種以蛋白質(zhì),或者脂質(zhì)體,或者聚合體為外殼的微米量級(jí)的包膜氣泡,用以增強(qiáng)醫(yī)學(xué)超聲影像,或者用其作為靶向給藥的載體。而近年來(lái)在強(qiáng)超聲治療領(lǐng)域,利用包膜氣泡在高強(qiáng)度聚焦超聲作用下做大幅非線性脈動(dòng)帶來(lái)的高溫高壓效果,人們可以更為有效地摧毀體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。本文介紹我們對(duì)現(xiàn)實(shí)中的包膜氣泡的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題所展開(kāi)的建模和理論探討工作,具體分為四個(gè)方面。1.聲空化泡的包膜氣泡動(dòng)力學(xué)模型 實(shí)驗(yàn)研究表明,空化泡塌縮時(shí)其自身內(nèi)部的高溫高壓條件會(huì)使泡外鄰近的薄層液體轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界水,從而成為空化泡的超臨界水包膜層�；诹黧w力學(xué)和熱力學(xué),建立了帶有超臨界水層的空化泡動(dòng)力學(xué)模型。數(shù)值計(jì)算表明,超臨界水層顯著地降低了空化泡內(nèi)的塌縮溫度,并對(duì)空化泡的脈動(dòng)起到了緩沖作用,具有負(fù)效應(yīng)。超臨界水包膜層的負(fù)效應(yīng)顯示通常的自由空化泡模型可能過(guò)高地估計(jì)聲空化泡內(nèi)部的極端物理?xiàng)l件。2.非球形包膜氣泡動(dòng)力學(xué)模型通常,人工生產(chǎn)的包膜氣泡往往不具有嚴(yán)格的球?qū)ΨQ性形狀,比如超聲造影劑包膜氣泡�；诹黧w力學(xué)和彈性力學(xué),本文建立了一個(gè)超聲驅(qū)動(dòng)下非球形包膜氣泡的動(dòng)力學(xué)模型,其中將包膜層抽象為粘彈材料�；谠撃Ｐ�,以常見(jiàn)的卵形包膜氣泡為例進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示：包膜氣泡的幾何形狀對(duì)于其動(dòng)力學(xué)特性有著重要的影響。尤其是包膜層的空間厚度分布對(duì)包膜氣泡的脈動(dòng)行為有巨大的影響,包膜層相對(duì)更薄的位置有著相對(duì)更大的脈動(dòng)幅度。3.非球形包膜氣泡近場(chǎng)局部高壓研究考慮到包膜氣泡的幾何形狀對(duì)于包膜氣泡動(dòng)力學(xué)特性有重要影響,不難推知,幾何形狀也可能顯著影響包膜氣泡對(duì)其外部環(huán)境的作用,即顯著影響包膜氣泡的實(shí)用效果�；谒⒌姆乔蛐伟馀輨�(dòng)力學(xué)模型,本文進(jìn)一步研究了非球?qū)ΨQ包膜氣泡外部流體壓強(qiáng)分布,給出了相應(yīng)的解析表達(dá)式。從理論上證明了非球?qū)ΨQ包膜氣泡附近流場(chǎng)存在著局部高壓。在同等條件下,該局域壓強(qiáng)比球?qū)ΨQ情形時(shí)大得多。根據(jù)這個(gè)研究結(jié)果,使用非球?qū)ΨQ包膜氣泡允許人們使用更弱的超聲,而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的治療效果。4.包膜氣泡大幅非線性脈動(dòng)模型在高強(qiáng)度治療超聲應(yīng)用領(lǐng)域,包膜氣泡做大幅非線性脈動(dòng),通常的包膜氣泡動(dòng)力學(xué)模型不再適用。本文建立了一個(gè)嚴(yán)格、實(shí)用的大幅脈動(dòng)包膜氣泡動(dòng)力學(xué)模型。其中,引入了非線性彈性力學(xué)中的有限應(yīng)變張量(Eulerian-Almansi張量),可應(yīng)用于大多數(shù)粘彈材料構(gòu)造的包膜氣泡。若已知包膜材料的臨界剪切應(yīng)力,根據(jù)模型計(jì)算便可判斷該包膜氣泡在特定驅(qū)動(dòng)聲壓下是否會(huì)發(fā)生破裂。此外,利用該模型還能夠獲得包膜氣泡的非線性頻響特性。結(jié)果顯示隨著驅(qū)動(dòng)聲壓增大,共振頻率往低頻方向移動(dòng)；同時(shí),包膜氣泡的次諧波響應(yīng)增強(qiáng)。這些模型計(jì)算結(jié)果均與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)觀察相吻合。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O427.4

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 謝崇國(guó),安宇,應(yīng)崇福;聲致發(fā)光氣泡內(nèi)水蒸氣的影響[J];物理學(xué)報(bào);2003年01期

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本文編號(hào)：1316737