声学腔共振中散射体引起的复杂压力节点形成与共振
流体动力学
2025-03-28 v1
摘要
声学压力节点在声动力学器件中至关重要，适用于组织培养、细胞分析和颗粒捕获等应用。通常情况下，单个主节点在半波共振条件下形成，其形状和位置受限于通道尺寸。希望生成额外的节点，并对其位置和形状进行控制，这在生物医学应用中具有高度需求，可能显著提升颗粒操控能力。为探索这一潜力，我们数值演示了在矩形腔体中通过圆形散射体在主节点附近形成额外、复杂形状节点的可能性。我们识别出三种不同类型：环形节点、突出节点和月牙形节点，其形成取决于散射体的大小、其在通道中部的位置以及其对应的共振频率。这种形成的关键机制是内部反射的增强，增加消耗干涉，以促进节点生成。为实现此目标，我们采用了三项关键概念：使用低纵横比通道、在通道中部放置刚性圆形散射体，并将所有表面建模为完美反射器。此外，我们分析了散射体对声学压力和品质因数（定义为每循环储存声能与耗散声能之比）的影响。我们表明，在散射体的存在下，额外节点会出现，但其代价是通道内声学压力和能量的降低。总之，本研究为在声波腔体的基频下生成复杂节点提供了信息，适用于声动力学器件中的颗粒操控。
引用
@article{arxiv.2503.21712,
title = {Complex Pressure Node Formation and Resonances Induced by Scatterers in a Standing-Wave Acoustic Cavity},
author = {Rizwan Ullah and Andres Barrio-Zhang and Arezoo M. Ardekani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.21712},
year = {2025}
}