高频超声驱动的低频毛细波起始
流体动力学
2021-08-24 v1
摘要
高频厚度模超声是一种以高流率将高黏度流体雾化为微米级液滴分布的细 aerosol 雾的节能方式。然而雾化过程的复杂物理机制尚不清楚。研究发现，在低功率下，当受高频超声（O[1 MHz] 及以上）驱动时，液滴以低频（O[100 Hz]）振动。为研究跨越这些极不同时标的能量传递机制，我们利用高速数字全息术测量了液滴对 6.6~MHz 超声激励的界面响应。我们表明，低频毛细波的起始由声辐射压力分布与液滴表面之间的反馈相互作用所驱动。这些动力学由液滴内部与周围环境之间的 Young-Laplace 边界所调节。通过针对严格定义的界面物理进行全局优化来执行数值模拟。所提出的压力-界面反馈模型明确基于压力分布假设。对于低功率声激励，模拟揭示了诱导毛细波形成的稳定振荡反馈。模拟结果通过高分辨率全息测量提供的微尺度液滴界面动力学直接观测得到证实。压力-界面反馈模型准确预测了引发毛细波所需的源上振动幅度，以及界面振荡幅度与频率。辐射压力分布同样通过颗粒迁移观测得到证实。还通过比较纯水滴与 90% wt.- 10% wt. 甘油-水溶液的实验与模拟结果，研究了黏性对波衰减的影响。
引用
@article{arxiv.2108.09579,
title = {Onset of low-frequency capillary waves driven by high-frequency ultrasound},
author = {Shuai Zhang and Jeremy Orosco and James Friend},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.09579},
year = {2021}
}