声场和重力场中液滴的悬浮动力学

在液滴抵抗重力的声悬浮或声悬浮领域，Gorkov 声辐射力对于小颗粒（在瑞利极限内）或其扩展到更大颗粒（超出瑞利极限）的应用仅限于预测液滴的悬浮位置。由于这种方法将液滴视为刚性粒子，它无法捕捉液滴的流体动力学，也不适用于研究界面现象，如液滴变形、分裂或聚结。在这项工作中，我们采用我们最近开发的欧拉形式的声学体积力，将液滴建模为流体，通过声学、界面和重力之间的相互作用，从理论上研究液滴在驻波作用下的悬浮动力学。我们的理论预测，当界面力占主导地位时，在超过瑞利极限的液滴内，正负声力区域的存在会减少抵消重力的净声力。因此，悬浮动力学变得高度依赖于液滴尺寸，这与瑞利极限内的液滴形成鲜明对比，后者动力学与尺寸无关。因此，超出瑞利极限，随着液滴尺寸与波长之比的增加，悬浮液滴所需的临界声能密度（$E_{cr}$）最初急剧上升，这与最近的实验结果一致。在 $E_{cr}$ 在 $d/\lambda \approx 0.65$ 处达到局部最大值后，它呈现出交替减少和增加的模式，每个连续的峰值都超过前一个。值得注意的是，我们的研究揭示了对于超出瑞利极限的液滴，悬浮位置在节点和波腹之间发生尺寸依赖的移动，而在此极限内的液滴无论尺寸如何都保持一致的悬浮位置。