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目錄
前言
第1章 緒論 1
第2章 液體中的聲波 5
2.1 理想流體中的聲波理論 6
2.1.1 Euler方程 7
2.1.2 Bernoulli方程 9
2.1.3 連續(xù)性方程 11
2.1.4 守恒形式的流體力學基本方程 12
2.1.5 物態(tài)方程 13
2.1.6 過程方程 14
2.1.7 理想氣體的絕熱指數(shù) 17
2.2 聲波方程的求解及其簡單解 20
2.2.1 聲波方程的微擾展開 20
2.2.2 線性化聲波方程 22
2.2.3 邊界條件和初始值 25
2.2.4 線性聲波方程的簡單解 27
2.3 聲場的能量 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 聲波在界面上的行為 37
2.4.1 銜接條件 37
2.4.2 反射定律和折射定律 38
2.4.3 聲全反射 40
2.4.4 反射系數(shù)和透射系數(shù) 41
2.4.5 聲阻抗 43
2.5 聲輻射 45
2.5.1 球面聲輻射理論 46
2.5.2 輻射聲波的強度 48
2.5.3 聲輻射阻抗 50
2.6 黏性流體中的聲波 50
2.6.1 流體中的應(yīng)力張量 50
2.6.2 Nevier-Stokes方程 55
2.6.3 曲線坐標系中的微分運算 58
2.6.4 球坐標下的Navier-Stokes方程 70
2.7 場和物質(zhì)運動 72
2.7.1 Euler體系流體理論 72
2.7.2 Lagrange體系流體理論 74
2.7.3 Euler體系和Lagrange體系之間的相互轉(zhuǎn)換 78
2.7.4 Euler體系和Lagrange體系的物理量的區(qū)別 80
第3章 電-超聲波能量轉(zhuǎn)換 82
3.1 晶體壓電性的微觀機理 82
3.2 晶體的彈性 84
3.2.1 應(yīng)力張量和應(yīng)變張量 84
3.2.2 廣義Hooke定律 89
3.2.3 六維矢量表示的應(yīng)力和應(yīng)變張量 91
3.2.4 Young模量、切變模量和Poisson比 96
3.2.5 彈性體中的彈性能量密度 97
3.3 晶體的介電性 99
3.3.1 極化的量子微觀機理 99
3.3.2 極化率張量 105
3.3.3 介電常數(shù)張量 106
3.3.4 電介質(zhì)中的電能量密度 107
3.4 晶體的壓電性 109
3.4.1 壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng) 109
3.4.2 壓電常數(shù) 110
3.4.3 壓電方程 112
3.4.4 壓電晶體中的能量密度 114
3.4.5 機電耦合系數(shù) 114
3.5 超聲換能器 116
3.5.1 電聲轉(zhuǎn)換元件 116
3.5.2 變幅桿原理 120
3.5.3 超聲換能器 124
3.5.4 壓電換能器的等效電路 125
3.5.5 壓電換能器的阻抗頻率特性 128
3.5.6 壓電換能器的阻抗匹配 129
3.6 超聲功率放大器 131
3.6.1 放大器的種類和特性 132
3.6.2 D類放大器 134
3.6.3 頻率跟蹤電路 135
3.6.4 超聲波發(fā)生器 137
第4章 液體的空化 140
4.1 空化閾值 142
4.1.1 理想空化和有核空化 142
4.1.2 空化泡的形狀 144
4.1.3 表面張力 145
4.1.4 彎曲液體表面的附加壓力 147
4.1.5 空化核 152
4.1.6 有核空化和Blake空化閾值 154
4.2 聲空化 161
4.2.1 超聲空化 161
4.2.2 水力空化 163
4.2.3 水翼空化 167
4.2.4 螺旋槳空化 170
4.2.5 水錘空化 173
4.3 空化效應(yīng) 178
4.3.1 空蝕現(xiàn)象 179
4.3.2 空化噪聲 181
4.4 空化強度 190
4.4.1 驅(qū)動聲壓描述空化強度 191
4.4.2 空化效應(yīng)描述空化強度 193
4.4.3 空化強度表 200
第5章 氣泡動力學 204
5.1 線性氣泡動力學 204
5.1.1 氣泡的自由運動 207
5.1.2 有阻尼的氣泡運動 215
5.1.3 有驅(qū)動有阻尼的氣泡運動 227
5.2 Rayleigh氣泡動力學 231
5.2.1 有限幅度脈動的自由氣泡 231
5.2.2 Rayleigh方程 232
5.2.3 Rayleigh-Plesset方程 235
5.2.4 可壓縮流體的氣泡動力學方程 236
5.3 Rayleigh方程的線性化 242
5.4 氣泡的參數(shù)振動 243
5.4.1 強迫振動和參數(shù)振動 244
5.4.2 氣泡的線性參數(shù)振動 248
5.5 非球形氣泡動力學理論 249
5.5.1 非球形的初始氣泡 250
5.5.2 非球形的驅(qū)動壓力 253
5.6 Rayleigh-Plesset方程的數(shù)值求解 256
5.6.1 Euler方法 258
5.6.2 預(yù)報-校正方法 261
5.6.3 Runge-Kutta積分 263
5.6.4 步長控制和方法 265
5.6.5 氣泡動力學的數(shù)值解 267
5.7 氣泡脈動的測量 272
5.7.1 Mie散射技術(shù) 272
5.7.2 差頻積分成像技術(shù) 277
5.7.3 數(shù)字移相頻閃成像技術(shù) 278
5.7.4 雙路Mie散射技術(shù) 282
第6章 聲致發(fā)光 287
6.1 多泡聲致發(fā)光 287
6.1.1 多泡聲致發(fā)光的實驗觀察 288
6.1.2 多泡聲致發(fā)光光譜 294
6.1.3 多泡聲致發(fā)光特征光譜的參數(shù)相關(guān)性 297
6.1.4 多泡聲致發(fā)光的溫度相關(guān)性 300
6.1.5 表面活性劑對多泡聲致發(fā)光的影響 301
6.1.6 多泡聲致發(fā)光的機理 303
6.2 超聲懸浮 305
6.2.1 聲懸浮現(xiàn)象 306
6.2.2 聲輻射壓力 307
6.2.3 液體中空化泡的聲懸浮 316
6.3 單泡聲致發(fā)光 320
6.3.1 聲諧振腔 321
6.3.2 工作液體的除氣和溶氣 332
6.3.3 單泡聲致發(fā)光的實驗觀察 335
6.3.4 單泡聲致發(fā)光的脈沖形狀 336
6.3.5 單泡聲致發(fā)光的連續(xù)光譜 345
6.3.6 單泡聲致發(fā)光的特征光譜 347
6.3.7 單泡聲致發(fā)光的時間相關(guān)光譜 349
6.3.8 單泡聲致發(fā)光的參數(shù)相關(guān)性 353
6.4 聲致發(fā)光機理 361
6.4.1 單泡聲致發(fā)光的可能機理 361
6.4.2 單泡和多泡聲致發(fā)光 364
6.5 非直接的聲光效應(yīng) 364
6.5.1 聲致突光 365
6.5.2 聲致化學發(fā)光 368
第7章 聲空化應(yīng)用技術(shù) 371
7.1 超聲清洗 371
7.2 超聲粉碎 374
7.2.1 超聲細胞粉碎 375
7.2.2 與傳統(tǒng)細胞粉碎技術(shù)的比較 376
7.2.3 超聲細胞粉碎的樣品相關(guān)性 377
7.3 超聲滅菌和空化滅菌 380
7.3.1 超聲滅菌 380
7.3.2 空化滅菌 382
7.3.3 組合滅菌 384
7.4 超聲萃取 385
7.4.1 萃取原理 386
7.4.2 萃取過程 388
7.4.3 超聲液液萃取 389
7.4.4 超聲固液萃取 392
7.5 聲化學 396
7.5.1 聲化學反應(yīng)器 396
7.5.2 聲化學的作用機理 397
7.5.3 水相聲化學反應(yīng) 399
7.5.4 有機聲化學反應(yīng) 401
7.6 超聲治療學 404
7.6.1 體外沖擊波碎石 405
7.6.2 高強度聚焦超聲刀 408
7.7 包膜氣泡及其在醫(yī)學中的應(yīng)用 411
7.7.1 超聲造影劑 412
7.7.2 包膜氣泡模型 413
7.7.3 超聲靶向給藥 421
參考文獻 424
索引 439