ALF 超声空化云的物质输运研究

Transport of suspended matter with acoustic cavitation cloud is a new area of cavitation research, which can achieve non-contact transportation of suspended particles. It has been found in our experiments that small objects can be carried by fluid along a predictable route to a determined position in a ALF (acoustic lichtenberg figure) cavitation structure. The research on the transport properties of acoustic cavitation cloud is very important in science, which involved in many aspects, for example, vibration of bubbles, structure of cavitaton cloud, motion of fluid and particles, and the stability of transport process. At the same time, the transportation technique can be used in the control of chemical reactions and targeted therapy. The project intends to investigate the acoustic radiation force of bubble chain, the micro-channel of fluid and the interaction of bubble-particle, using a variety of experimental methods (optics, acoustics, and mechanics). The Mechanism, influence factor and control methods of transport of objects with acoustic cavitation cloud will be revealed with theoretical studies and numerical simulation. The objective of this project is to establish ultrasonic cavitation cloud transport theory, and improve cavitation cloud transport technology.

超声空化云的物质输运是一个新的研究方向，它是一种基于ALF(Acoustic Lichtenberg Figure)空化结构的非接触式可控无管道物质输运方式。我们的预研究已经发现，ALF空化云，作为一种具有强烈自组织特性的空化结构，可以沿着预知的线路，自主定向输送固体颗粒物到某个确定的位置，极具创新意义。因为输运过程涉及空泡微观振动、空化宏观结构、流体和颗粒物的运动，以及承载力、稳定性等等诸多问题而富有科学价值，同时在特殊化学反应控制、药物靶向治疗等领域具有潜在应用价值。本项目拟从泡串辐射力、流体“微通道”、泡-粒相互作用等几个方面，利用光学、声学、力学的实验手段以及流体力学和声学相结合的理论研究和数值模拟方法系统研究超声空化云物质输运的深层机理、基本规律、影响因素和控制方法，初步建立超声空化云物质输运理论，并完善空化云输运技术，为这种全新的物质输运方法拓展应用领域提供理论依据。

超声空化云的物质输运是一种基于ALF(Acoustic Lichtenberg Figure)空化结构的非接触式可控无管道物质输运方式。我们研究已经发现，ALF空化云，作为一种具有强烈自组织特性的空化结构，可以沿着预知的线路，自主定向输送不同物性（密度0.9 - 2.5g/cm3）和几何参数（直径或长度0.1 - 3mm）的各种固体颗粒物（石蜡、玻璃、食盐、金刚砂、硅酮、芳纶纤维等等）到某个确定的位置（高压力振幅区域）。空泡和颗粒物的相互作用在颗粒物的定向输运和随机运动中起到重要作用。研究发现，与常识的预测不同，颗粒物的宏观移动基本与空泡溃灭后形成的冲击波或微射流无关，颗粒物在向压力波腹宏观移动过程中，位移主要发生在空泡溃灭阶段，主Bjerknes起主要作用，而颗粒物在彼此靠近后突然分离的过程中位移主要发生在空泡膨胀阶段，二阶Bjerknes起主要作用。我们利用Particle模型对ALF超声空化云进行了数值模拟，并对空泡与颗粒物的相互作用进行了数值仿真，结果与实验结论一致。本项目基本理清了空化云物质输运的主要机制和影响因素，拓展了空化云研究领域的边界，为这种新的物质输运技术在特殊化学反应控制、药物靶向治疗等领域的应用提供了理论依据。