《声空化物理》围绕声空化介绍相应的物理学知识和应用技术。 在连续介质力学的理论框架里,介绍均匀流体中的声传播理论、不同流体中的界面行为以及振动表面的声辐射问题等。重点介绍Rayleigh 气泡动力学模型的建立、修正和求解。阐述过程由浅入深、循序渐进,从无阻尼、无驱动的小幅脉动气泡开始,然后引入阻尼、驱动,得到描述声空化泡脉动的Rayleigh-Plesset 方程,最后把理论推广到可压缩流体和非球对称情形。非线性是气泡动力学的一个重要特征,为此,《声空化物理》介绍空化泡脉动的周期、倍周期、多周期和混沌特征,以及气泡动力学方程的数值求解。声空化是一种强声效应,围绕强超声波的激发,《声空化物理》介绍材料的弹性、介电性和压电性,以及超声波电源相关的电路理论;而作为强声产生的效应,专门介绍当前热门课题声致发光;最后,介绍进入各行各业的声空化应用技术,其中包括超声清洗、超声粉碎、超声灭菌、超声萃娶声化学、超声治疗学和包膜微气泡及其临床应用。
目录
前言第 1章绪论 1
第 2章液体中的声波 .5
2.1理想流体中的声波理论6
2.1.1 Euler方程 7
2.1.2 Bernoulli方程 9
2.1.3连续性方程 . 11
2.1.4守恒形式的流体力学基本方程 . . . 12
2.1.5物态方程.13
2.1.6过程方程.14
2.1.7理想气体的绝热指数 17
2.2声波方程的求解及其简单解 . . . . . . . 20
2.2.1声波方程的微扰展开 20
2.2.2线性化声波方程 . 22
2.2.3边界条件和初始值 25
2.2.4线性声波方程的简单解27
2.3声场的能量 30
2.3.1能量 . . 31
2.3.2能量密度.32
2.3.3能流和能流密度 . 33
2.4声波在界面上的行为 . . 37
2.4.1衔接条件.37
2.4.2反射定律和折射定律 38
2.4.3声全反射.40
2.4.4反射系数和透射系数 41
2.4.5声阻抗43
2.5声辐射 45
2.5.1球面声辐射理论 . 46
2.5.2辐射声波的强度 . 48
2.5.3声辐射阻抗 . 50
2.6黏性流体中的声波 50
2.6.1流体中的应力张量 50
2.6.2 Nevier-Stokes方程 . 55
2.6.3曲线坐标系中的微分运算 . . . . . . . 58
2.6.4球坐标下的 Navier-Stokes方程 70
2.7场和物质运动72
2.7.1 Euler体系流体理论72
2.7.2 Lagrange体系流体理论 . 74
2.7.3 Euler体系和 Lagrange体系之间的相互转换 78
2.7.4 Euler体系和 Lagrange体系的物理量的区别 80
第 3章电--超声波能量转换 82
3.1晶体压电性的微观机理 82
3.2晶体的弹性 84
3.2.1应力张量和应变张量 84
3.2.2广义 Hooke定律 89
3.2.3六维矢量表示的应力和应变张量 .91
3.2.4 Young模量?切变模量和 Poisson比 96
3.2.5弹性体中的弹性能量密度97
3.3晶体的介电性99
3.3.1极化的量子微观机理 99
3.3.2极化率张量 105
3.3.3介电常数张量 106
3.3.4电介质中的电能量密度 107
3.4晶体的压电性. 109
3.4.1压电效应和逆压电效应109
3.4.2压电常数 110
3.4.3压电方程 112
3.4.4压电晶体中的能量密度114
3.4.5机电耦合系数 114
3.5超声换能器 . 116
3.5.1电声转换元件 116
3.5.2变幅杆原理 120
3.5.3超声换能器 124
3.5.4压电换能器的等效电路125
3.5.5压电换能器的阻抗频率特性.128
3.5.6压电换能器的阻抗匹配129
3.6超声功率放大器131
3.6.1放大器的种类和特性132
3.6.2 D类放大器 134
3.6.3频率跟踪电路 135
3.6.4超声波发生器 137
第 4章液