气液相变对声波传播的影响：一项分子动力学研究

为理解超声空化，必须分析气液相变对声波传播的影响。由于当前基于流体动力学的方法提供的信息有限，有必要对该现象开展进一步研究。在本研究中，我们利用 Lennard-Jones 流体的分子动力学（MD）模拟，考察了空化与近临界流体对声波的影响。在一阶液-气相变区（远离临界点），由于相变导致密度不连续变化，波形不随温度和源振荡振幅连续变化。与此同时，在连续相变区（穿越近临界点），无论振幅如何，波形均随温度连续变化，因为该区域不涉及相分离。密度涨落随振幅增大而增加；然而并不影响波形。由此，我们阐明了的一阶与连续相变对声波具有不同影响。此外，我们通过比较 Burgers 方程数值解与 MD 模拟结果，确定了衰减和非线性参数等声学特性。在相分离或气泡形成发生之前，Burgers 方程能清晰描述声波现象。在连续相变区，衰减参数趋于发散，反映出临界反常趋势。我们观察到气泡因其与声波的相互作用而随其半径振荡向前运动。这是利用 MD 模拟对该相互作用的首次直接观测。