[发明专利]一种模拟超声空泡动力学行为的数值方法

摘要

本发明提供一种模拟超声空泡动力学行为的数值方法，具体步骤包括：一，构建控制方程，所述控制方程包括超声场中质量守恒方程与动量方程；二，构建超声辐射力方程；三，将超声辐射力方程带入动量方程中，并对控制方程进行无量纲化；四，求解无量纲化后的控制方程，提取所需的流场数据，实现对超声空泡动力学行为的模拟。该方法所模拟的超声空泡形态变化与真实超声空泡形态变化之间误差较小，可捕捉超声空泡瞬态演化规律和空泡的溃灭特性。

主权项

一种模拟超声空泡动力学行为的数值方法，其特征在于，具体步骤包括：一，构建控制方程所述控制方程包括超声场中质量守恒方程与动量方程，分别如式(1)和(2)所示：▽·u＝0   (1)$\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\φ}\right)(\frac{\∂u}{\∂t}+u\·\▿u)=-\▿p+\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\φ}\right)g+\▿\·\[\mathrm{\μ}(\▿u+{\▿}^{T}u)\]+\mathrm{\σ}\mathrm{\κ}\left(F\right)\▿H_{\mathrm{\ϵ}}\left(\mathrm{\φ}\right)+F_a---\left(2\right)$其中，u是流体质点的速度矢量，p是流体质点的压力，g是重力加速度，σ是气泡的表面张力系数，F_a为超声辐射力，κ是表面曲率，H_ε(φ)为Heaviside函数，F为流体体积，φ为相函数，ρ是混合密度，μ是混合动力学粘度；二，构建超声辐射力方程将超声辐射力表示为F_a≈(0，F_y)：$F_y=\frac{p_a^2}{{\mathrm{\ρ}}_l{c}_0^2}{e}^{-2\mathrm{\α}\left(\mathrm{\ω}\right)y}\[\mathrm{\α}cos2(\mathrm{\ω}t-ky)-ksin2(\mathrm{\ω}t-ky)+\mathrm{\α}\]---\left(11\right)$$\mathrm{\α}\left(\mathrm{\ω}\right)=2{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{\η}/\left(3{\mathrm{\ρc}}_0^3\right)---\left(10\right)$其中，c₀为声波在液体中的传播速度，y为距离声源的距离，ω＝2πf表征圆频率，f为声频率，p_a为声压幅值，k＝ω/c₀为声波数，ρ_l为液体相密度，η＝1.002*10^‑3Pa·s为粘性系数；三，将所述F_a带入动量方程式(2)中，并对控制方程进行无量纲化；四，求解无量纲化后的控制方程，提取所需的流场数据，实现对超声空泡动力学行为的模拟。