当气泡不再呈球形：基于人工智能的不同浓度溶液中超声空化气泡分析
流体动力学
2022-01-05 v3 软凝聚态物质
摘要
液体（如水-醇溶液）的超声辐照会导致空化现象，即小气泡的形成。空化气泡在真实溶液中生成，无需使用光镊，使我们的系统尽可能接近真实条件。在超声波作用下，气泡可生长、振荡，并最终溃灭或分解。我们应用运动分离的数学方法来解释声波对气泡的作用。虽然在大多数情况下，气泡的球形因其使表面能最小而最为能量有利，但当声学频率与气泡固有频率共振时，会出现具有二面对称性的形状。其中一些共振形状变得不稳定，因此气泡发生分解。结果表明，不同浓度溶液（具有不同表面能和密度）中的气泡呈现出不同的演化路径。尽管难以确定性地描述溶液浓度如何影响气泡动力学，但可应用人工神经网络（ANN）算法对不同浓度的图像进行分类。我们训练了一个ANN，基于气泡图像来检测水溶液中酒精的浓度。这表明人工智能（AI）方法可在非平衡、近不稳定情形下补充确定性分析。
引用
@article{arxiv.2112.15047,
title = {When bubbles are not spherical: artificial intelligence analysis of ultrasonic cavitation bubbles in solutions of varying concentrations},
author = {Ilya Korolev and Timur Aliev and Tetiana Orlova and Sviatlana A. Ulasevich and Michael Nosonovsky and Ekaterina V. Skorb},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.15047},
year = {2022}
}