【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维气泡群动力学特性分析方法，属于功率超声。
技术介绍
1、超声空化是功率超声在液体中一个重要的现象，在液体中利用高强度的超声波能激发出空化泡，空化泡在在声场的作用下膨胀、塌缩、振荡甚至破裂，空化时能产生冲击波、微射流、局部高温高压等极端物理条件并衍生出生物化学效应，使得空化广泛应用医学、化学、生物等领域，比如超声清洗、超声医学、超声化学等。在液体中，空化泡受到力共同的作用会形成各类空化结构，如锥状泡群、柱状泡群等，而当前对空化泡的各类空化结构的研究还仅仅限于一维情况下的双泡模型，该模型只能讨论两个气泡之间的相互作用，不能研究多泡和更高维度的情况，无法满足人们对声场中出现各种空化结构的研究的需要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种三维气泡群动力学特性分析方法，能够根据构建好的三维气泡群动力学模型，获取目标气泡群的脉动和移动轨迹，进而可以更加直观和全面地了解气泡间的相互作用情况，有利于对多泡群的各类空化结构进行研究，解决了当前一维双泡模型只能讨论两个气泡之间的相互作用，不能研究多泡和更高维度的问题。
2、为达到上述目的/为解决上述技术问题，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、一种三维气泡群动力学特性分析方法，包括：
4、获取目标气泡群所处液体环境的设定参数；其中，所述设定参数包括驱动声压、驱动频率、气泡初始半径、气泡间的距离、黏滞系数、表面张力系数、液体声速以及绝热指数；
5、
6、根据目标气泡群的脉动和移动轨迹，获取气泡间的相互作用情况。
7、进一步地，所述三维气泡群动力学模型的构建，包括：
8、获取气泡群在所处液体环境中的液体压强、附加压强和泡内压强；
9、根据液体压强、附加压强和泡内压强获取气泡群在所处液体环境中气泡壁处力学平衡；
10、基于气泡群在所处液体环境中气泡壁处力学平衡，根据球谐函数的正交归一性，获取气泡群的动力学模型。
11、更进一步地，所述获取气泡群在所处液体环境中的液体压强，包括：
12、获取气泡群的第一速度势和球形气泡表面的边界条件；
13、根据气泡群的第一速度势和球形气泡表面的边界条件获取气泡群的第二速度势；
14、根据气泡群的第二速度势获取气泡群在所处液体环境中的液体压强。
15、更进一步地，所述根据气泡群的第一速度势和球形气泡表面的边界条件获取气泡群的第二速度势，包括：
16、对于第i个气泡的边界满足：
17、
18、ri＝ri(t)；
19、其中：
20、表示第一速度势；
21、ri表示第i个气泡的径向坐标；
22、表示第i个气泡的脉动速度；
23、ri表示第i个气泡的半径；
24、表示第i个气泡的移动速度；
25、表示垂直于第i个气泡表面朝外的单位向量；
26、第二速度势：
27、
28、m，n＝0，1，2，......，i，l＝1，2，......,n；
29、其中：
30、表示第二速度势；
31、m表示内层求和变量；n表示最外层求和变量；l表示最内层求和变量；n表示任意整数，i表示第i个气泡；
32、ynm(θi，εi)表示球谐函数；
33、(ri，θi，εi)表示球坐标系下第i个气泡的位置坐标；
34、a(t)和b(t)表示随时间变化的系数。
35、更进一步地，所述根据气泡群的第二速度势获取气泡群在所处液体环境中的液体压强，包括：
36、第i个气泡外壁的液体压强：
37、
38、其中：
39、表示第二速度势；p∞表示无穷远处的声压；表示第i个气泡的移动速度；t表示时间；ρ代表液体密度。
40、进一步地，所述获取气泡群在所处液体环境中的附加压强，包括：
41、
42、其中：
43、η表示液体的黏滞系数；
44、表示第i个气泡的脉动速度；
45、ri表示第i个气泡的半径；
46、σ表示液体表面的张力系数。
47、更进一步地，所述获取气泡群在所处液体环境中的泡内压强，包括：
48、第i个气泡内的压强：
49、
50、其中：
51、p0表示环境声压；
52、σ表示液体表面的张力系数；
53、κ表示气泡内的绝热指数；
54、ri0表示第i个气泡初始时刻的半径；
55、ri表示第i个气泡的半径。
56、更进一步地，所述基于气泡群在所处液体环境中气泡壁处力学平衡，根据球谐函数的正交归一性，获取气泡群的动力学模型，包括：
57、气泡群在所处液体环境中气泡壁处力学平衡表达式：
58、pgi-pwi-plwi＝0；
59、其中：pgi表示第i个气泡内的压强；pwi表示附加压强；plwi表示第i个气泡外壁的液体压强；
60、所述气泡群的动力学模型包括：
61、气泡群的脉动模型：
62、
63、气泡群的移动模型：
64、
65、其中：
66、pi为第i个气泡处的声压，pi＝pgi-pwi-p∞；
67、ri表示第i个气泡的半径；表示第i个气泡的脉动速度；表示第i个气泡的脉动加速度；rj表示第j个气泡的半径；表示第j个气泡的脉动速度；表示第j个气泡的脉动加速度；dij表示第i个气泡与第j个气泡之间的中心距离；
68、第i个气泡的位置；表示第j个气泡的位置；表示第i个气泡的移动速度；表示第j个气泡的移动速度；表示第i个气泡的移动加速度；表示第j个气泡的移动加速度。
69、更进一步地，所述气泡群在液体中的移动还受到黏滞阻力的作用，根据粘滞阻力优化所述气泡群的移动模型，包括：
70、获取气泡群在液体中移动受到的黏滞阻力：
71、
72、基于黏滞阻力，优化所述气泡群的移动模型，得到优化后的气泡群的移动模型：
73、
74、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
75、本专利技术通过将目标气泡群所处液体环境的设定参数输入构建好的三维气泡群动力学模型中，进而获取目标气泡群的脉动和移动轨迹，可更加直观和全面地了解多泡间的相互作用情况，有利于在更高纬度对多泡群的各类空化结构进行研究，解决了当前一维双泡模型只能讨论两个气泡之间的相互作用，不能研究多泡和更高维度的问题。
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1.一种三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述三维气泡群动力学模型的构建，包括：
3.根据权利要求2所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述获取气泡群在所处液体环境中的液体压强，包括：
4.根据权利要求3所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述根据气泡群的第一速度势和球形气泡表面的边界条件获取气泡群的第二速度势，包括：
5.根据权利要求3所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述根据气泡群的第二速度势获取气泡群在所处液体环境中的液体压强，包括：
6.根据权利要求2所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述获取气泡群在所处液体环境中的附加压强，包括：
7.根据权利要求2所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述获取气泡群在所处液体环境中的泡内压强，包括：
8.根据权利要求2所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述基于气泡群在所处液体环境中气泡壁处力学平衡
9.根据权利要求8所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述气泡群在液体中的移动还受到黏滞阻力的作用，根据粘滞阻力优化所述气泡群的移动模型，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述三维气泡群动力学模型的构建，包括：
3.根据权利要求2所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述获取气泡群在所处液体环境中的液体压强，包括：
4.根据权利要求3所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述根据气泡群的第一速度势和球形气泡表面的边界条件获取气泡群的第二速度势，包括：
5.根据权利要求3所述的三维气泡群动力学特性分析方法，其特征在于，所述根据气泡群的第二速度势获取气泡群在所处液体环境中的液体压强，包括：...
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