[发明专利]一种超声悬浮式球形粒子声辐射力测量的研究方法

说明书

本发明公开了一种超声悬浮式球形粒子声辐射力测量的研究方法，包括以下步骤：基于微扰法，步骤1、在组件中，定义计算声学问题时所需的声学参数以及变量引入表达式；步骤2、在组件中对水中的悬浮物进行建模，构建几何计算区域；步骤3、从库中添加材料，定义水中悬浮物几何模型中区域的不同属性；步骤4、激发出一个超声驻波场，构建对水中悬浮物所需的声学环境；步骤5、分别计算在水中的不同悬浮物半径，悬浮物表面的最大声辐射力，对比解析方案。其基于微扰法，通过在计算机上定义一个积分耦合算子，将算出的声压，声速带入到算子中获得的积分可以用来评估悬浮物上的声辐射力，为利用线性声学方法来评估非线性二阶力效应提供一定的理论。

技术领域

本发明涉及超声悬浮和测量方法分析技术领域，具体是一种超声悬浮式球形粒子声辐射力测量的研究方法。

背景技术

超声悬浮是一种重要的无容器处理技术，其基本原理是利用高强/高频声波的非线性效应产生声辐射力，克服悬浮物的自身重力,实现物体稳定悬浮的状态。它的优点是对试样的电磁性能没有特殊要求，悬浮能力很强，可以创建一个无损、无接触的操作环境，因此在微重力模拟、液体动力学、微机电系统等领域具有广泛的应用价值。

声辐射力是一种重要的非线性声学现象，表现为声场施加在粒子上的非零力。在最简单的声学极限中，非线性项的贡献可以忽略，但超声中，由于频率高，振幅大，非线性现象在声学中的作用越来越重要。非线性声学的理论还不完善，因为非线性声场不符合叠加原理。这使得该问题很难通过分析来解决。叠加原理是线性声学的基本特点，因此可以通过线性声学问题来评估悬浮物的非线性声学特性。

近年来，随着计算机技术的迅猛发展，也使得数值模拟能力的有了很大的提升，但是对于球形粒子的研究过程中，仍存在很多干扰因素，导致研究结果可靠性不高。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种超声悬浮式球形粒子声辐射力测量的研究方法，其基于微扰法，通过在计算机上定义一个积分耦合算子，将算出的声压，声速带入到算子中获得的积分可以用来评估悬浮物上的声辐射力，为利用线性声学方法来评估非线性二阶力效应提供一定的理论和技术支持。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:一种超声悬浮式球形粒子声辐射力测量的研究方法，包括以下步骤：步骤1、基于微扰法，在组件中，定义计算声学问题时所需的声学参数以及变量引入表达式，用于积分耦合算子的调用，应用到计算区域的整个模型；步骤2、基于微扰法，在组件中对水中的悬浮物进行建模，构建几何计算区域，并在悬浮物外部添加另一个积分表面，来确保在旋转几何体中计算出积分；步骤3、基于微扰法，从库中添加材料，定义水中悬浮物几何模型中区域的不同属性；步骤4、基于微扰法，激发出一个超声驻波场，构建对水中悬浮物所需的声学环境；步骤5、分别计算在水中的不同悬浮物半径，悬浮物表面的最大声辐射力，对比解析方案，分析不同悬浮物半径声辐射力的大小变化趋势。

作为本发明的一种优选方案，步骤1中，微扰法计算模型采用超声频率1MHz，压力幅值1bar，声速C0为1500m/s的压力声学频域界面实现模型。

作为本发明的一种优选方案，步骤1中，通过在组件中定义变量，引入用作intop积分算子计算总力的参数。

作为本发明的一种优选方案，步骤2中，微扰法计算模型中预先设置悬浮物的半径R0为250um，添加的积分表面半径为700um，采用二维轴对称几何模型，构建一个矩形区域来确定计算区域。

作为本发明的一种优选方案，步骤2中，构建的矩形区域的高度为6mm，宽度为3mm。

作为本发明的一种优选方案，步骤3中，微扰法计算模型中的计算区域通过从库中调出对域添加水和空气、尼龙材料，定义计算区域内不同位置的不同属性。