声空化物理

前言

第1章 绪论

第2章 液体中的声波

2.1 理想流体中的声波理论

2.1.1 Euler方程

2.1.2 Bernoulli方程

2.1.3 连续性方程

2.1.4 守恒形式的流体力学基本方程

2.1.5 物态方程

2.1.6 过程方程

2.1.7 理想气体的绝热指数

2.2 声波方程的求解及其简单解

2.2.1 声波方程的微扰展开

2.2.2 线性化声波方程

2.2.3 边界条件和初始值

2.2.4 线性声波方程的简单解

2.3 声场的能量

2.3.1 能量

2.3.2 能量密度

2.3.3 能流和能流密度

2.4 声波在界面上的行为

2.4.1 衔接条件

2.4.2 反射定律和折射定律

2.4.3 声全反射

2.4.4 反射系数和透射系数

2.4.5 声阻抗

2.5 声辐射

2.5.1 球面声辐射理论

2.5.2 辐射声波的强度

2.5.3 声辐射阻抗

2.6 黏性流体中的声波

2.6.1 流体中的应力张量

2.6.2 Nevier一Stokes方程

2.6.3 曲线坐标系中的微分运算

2.6.4 球坐标下的Navier-Stokes方程

2.7 场和物质运动

2.7.1 Euler体系流体理论

2.7.2 Lagrange体系流体理论

2.7.3 Euler体系和Lagrange体系之间的相互转换

2.7.4 Euler体系和Lagrange体系的物理量的区别

第3章 电一超声波能量转换

3.1 晶体压电性的微观机理

3.2 晶体的弹性

3.2.1 应力张量和应变张量

3.2.2 广义Hooke定律

3.2.3 六维矢量表示的应力和应变张量

3.2.4 Young模量、切变模量和Poisson比

3.2.5 弹性体中的弹性能量密度

3.3 晶体的介电性

3.3.1 极化的量子微观机理

3.3.2 极化率张量

3.3.3 介电常数张量

3.3.4 电介质中的电能量密度

3.4 晶体的压电性

3.4.1 压电效应和逆压电效应

3.4.2 压电常数

3.4.3 压电方程

3.4.4 压电晶体中的能量密度

3.4.5 机电耦合系数

3.5 超声换能器

3.5.1 电声转换元件

3.5.2 变幅杆原理

3.5.3 超声换能器

3.5.4 压电换能器的等效电路

3.5.5 压电换能器的阻抗频率特性

3.5.6 压电换能器的阻抗匹配

3.6 超声功率放大器

3.6.1 放大器的种类和特性

3.6.2 D类放大器

3.6.3 频率跟踪电路

3.6.4 超声波发生器

第4章 液体的空化

4.1 空化阈值

4.1.1 理想空化和有核空化

4.1.2 空化泡的形状

4.1.3 表面张力

4.1.4 弯曲液体表面的附加压力

4.1.5 空化核

4.1.6 有核空化和Blake空化阈值

4.2 声空化

4.2.1 超声空化

4.2.2 水力空化

4.2.3 水翼空化

4.2.4 螺旋桨空化

4.2.5 水锤空化

4.3 空化效应

4.3.1 空蚀现象

4.3.2 空化噪声

4.4 空化强度

4.4.1 驱动声压描述空化强度

4.4.2 空化效应描述空化强度

4.4.3 空化强度表

第5章 气泡动力学

5.1 线性气泡动力学

5.1.1 气泡的自由运动

5.1.2 有阻尼的气泡运动

5.1.3 有驱动有阻尼的气泡运动

5.2 Rayleigh气泡动力学

5.2.1 有限幅度脉动的自由气泡

5.2.2 Rayleigh方程

5.2.3 Rayleigh-Plesset，方程

5.2.4 可压缩流体的气泡动力学方程

5.3 Rayleigh方程的线性化

5.4 气泡的参数振动

5.4.1 强迫振动和参数振动

5.4.2 气泡的线性参数振动

5.5 非球形气泡动力学理论

5.5.1 非球形的初始气泡

5.5.2 非球形的驱动压力

5.6 Rayleigh-Plesset方程的数值求解

5.6.1 Euler方法

5.6.2 预报一校正方法

5.6.3 Runge-Kutta积分

5.6.4 步长控制和方法

5.6.5 气泡动力学的数值解

5.7 气泡脉动的测量

5.7.1 Mie散射技术

5.7.2 差频积分成像技术

5.7.3 数字移相频闪成像技术

5.7.4 双路Mie散射技术

第6章 声致发光

6.1 多泡声致发光

6.1.1 多泡声致发光的实验观察

6.1.2 多泡声致发光光谱

6.1.3 多泡声致发光特征光谱的参数相关性

6.1.4 多泡声致发光的温度相关性

6.1.5 表面活性剂对多泡声致发光的影响

6.1.6 多泡声致发光的机理

6.2 超声悬浮

6.2.1 声悬浮现象

6.2.2 声辐射压力

6.2.3 液体中空化泡的声悬浮

6.3 单泡声致发光

6.3.1 声谐振腔

6.3.2 作液体的除气和溶气

6.3.3 单泡声致发光的实验观察

6.3.4 单泡声致发光的脉冲形状

6.3.5 单泡声致发光的连续光谱

6.3.6 单泡声致发光的特征光谱

6.3.7 单泡声致发光的时间相关光谱

6.3.8 单泡声致发光的参数相关性

6.4 声致发光机理

6.4.1 单泡声致发光的可能机理

6.4.2 单泡和多泡声致发光

6.5 非直接的声光效应

6.5.1 声致荧光

6.5.2 声致化学发光

第7章 声空化应用技术

7.1 超声清洗

7.2 超声粉碎

7.2.1 超声细胞粉碎

7.2.2 与传统细胞粉碎技术的比较

7.2.3 超声细胞粉碎的样品相关性

7.3 超声灭菌和空化灭菌

7.3.1 超声灭菌

7.3.2 空化灭菌

7.3.3 组合灭菌

7.4 超声萃取

7.4.1 萃取原理

7.4.2 萃取过程

7.4.3 超声液液萃取

7.4.4 超声固液萃取

7.5 声化学

7.5.1 声化学反应器

7.5.2 声化学的作用机理

7.5.3 水相声化学反应

7.5.4 有机声化学反应

7.6 超声治疗学

7.6.1 体外冲击波碎石

7.6.2 高强度聚焦超声刀

7.7 包膜气泡及其在医学中的应用

7.7.1 超声造影剂

7.7.2 包膜气泡模型

7.7.3 超声靶向给药

参考文献

索引

《现代声学科学与技术丛书：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Rayleiph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，《现代声学科学与技术丛书：声空化物理》介绍空化泡脉动的周期、倍周期、多周期和}昆沌特征，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，《现代声学科学与技术丛书：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、超声萃取、声化学、超声治疗学和包膜微气泡及其临床应用。
　　《现代声学科学与技术丛书：声空化物理》可供声学专业的高年级本科生、研究生做为教材使用，也可做相关科研人员的参考资料。