超聲空化仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
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Comsol超聲空化仿真分析氣泡運動 ￥2200
超聲空化是一種重要的物理機理。超聲空化是指液體介質中的微小氣泡核在強超聲波的作用下,氣泡體積經歷生長振蕩而最終迅速崩潰的過程。在超聲空化氣泡的崩潰過程中,會在非常有限的體積內瞬間產生巨大的壓力梯度和溫度梯度,從而引發系列的化學、物理和生物等效應,如對金屬表面的腐蝕,光脈沖輻射的產生,化學反應速率的加快,生物組織結構的改變等。超聲空化過程是眾多空化氣泡的動力學過程,對單一空化氣泡的動態過程研究不僅是研究多個氣泡空化的起點,而且是研究系列超聲空化現象的基礎。
其主要的控制方程如下：
本模型調用系數型邊界偏微分方程和動網格，展示了氣泡在超聲空化過程中的變化：
兩個周期振蕩過程中，氣泡的半徑與初始半徑比值的動態變化。
這是氣泡動能的變化 ，相比較，隨著振動周期，氣泡動能也在增加。
有興趣的可以加我，交流模型。
展開 近日，浙江大學申有青教授和黃品同教授團隊聯合研發了一種超聲空化級聯胞吞轉運的相變脂質體（SCGLN），其具有在超聲波刺激下由納米脂質液滴轉變為脂質微泡、又從脂質微泡轉變為納米脂質體的粒徑轉變特性，同時具有在腫瘤微酸環境催化下由荷帶負電勢轉變為正電勢的電荷反轉特性，其能夠增強實體瘤的藥物富集和深部滲透，普適高效治療低滲透性腫瘤。SCGLN由脂質材料二棕櫚酰磷脂酰膽堿、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇、二甲基馬來酸酐修飾的1, 2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-賴氨酸和反油酸吉西他濱（既是脂質膜組分又是抗腫瘤藥物）組成，并包裹全氟戊烷液滴（圖1A）。經尾靜脈注射后，在腫瘤部位超聲輻照（功率2 W/cm2、頻率3 MHz、占空比 50% ），全氟戊烷在超聲誘導下液氣相變，使納米脂質液滴狀態的SCGLN轉變為脂質微泡狀態的SCGLN，此時微泡的超聲空化效應打破腫瘤血管內皮屏障、擴張內皮間隙，同時微泡破裂后的脂質膜碎片重新組裝成更小粒徑的納米脂質體SCGLN，SCGLN隨后經被擴張的內皮間隙進入腫瘤組織，在腫瘤微酸環境中發生電荷反轉實現陽離子化，SCGLN最后以陽離子化誘導的胞吞轉運方式不斷跨腫瘤細胞主動運輸到腫瘤實質，實現吉西他濱的腫瘤深部滲透遞藥（圖1B）。
圖1. SCGLN的構建、響應機理和遞藥機制示意圖。
展開 圖3 聲學幾何模型及聲學網格劃分
圖4 聲學邊界條件及場點布置位置
研究結論
面聲源對應于流場的內交界面，體聲源對應于流場的中間流域，通過ICFD變換得到面聲源和體聲源的聲源信息，仿真計算結果與試驗的對比如圖4所示。
圖4 均勻來流下仿真結果以及和試驗結果對比
圖4可知場點的試驗和仿真的計算結果吻合性良好，說明該仿真方法的準確性。計算結果顯示在低頻時，體聲源所產生的噪聲占據主要地位，比面聲源聲壓級大10dB左右。隨著頻率的增大，在2BPF(79.6Hz)后，面聲源的聲壓級開始大于體聲源，并隨后一直處于主導地位。下圖5是不同聲源項作用在不同葉頻下的縱向聲壓云圖。可以發現隨著距離的增加聲壓級逐漸降低。隨著頻率的增大，聲壓級逐漸降低。在1BPF(39.6Hz)時，面聲源的云圖分布特點呈現8字形，且相比于面聲源來說，體聲源對噪聲的貢獻更大，面聲源和體聲源共同作用聲壓云圖也和僅體聲源作用的云圖更接近。當頻率在25BPF(990Hz)時，面聲源和體聲源共同作用聲壓云圖和僅面聲源作用的云圖幾乎沒有差別,且聲壓云圖已經從聲源向空間各個方向發散。綜上所述，在低頻時，噪聲主要來自體聲源項的貢獻，隨著頻率的增大，噪聲主要來自面聲源項的貢獻。
該結果表明，使用Actran與流體結果的混合方法能夠準確預測螺旋槳的非空化噪聲。
圖5 不同頻率下螺旋槳縱向剖面的聲壓云圖
注：此內容來自海克斯康工業軟件2023年用戶峰會投稿論文：《均勻來流下螺旋槳的非空化噪聲預報》，作者：徐龍龍、葉栗栗、王獻忠，武漢理工大學。
展開 許多方面可以而且必須在仿真的虛擬層次上進行。因此，在模擬、實驗和分析之間遵循一個很好的平衡策略是很重要的。模擬可能是非常耗時的，因此必須注意，投入不要過量。當然，數值實驗通常比實際硬件上的測量要便宜得多。此外，仿真技術現在變得越來越強大，應用范圍也得到了很大的擴展。需要注意的是，只要不可能從這些數據（數值或經驗數據）導出簡單的模型和視圖，數值數據就可能和經驗數據一樣無用。
確定靜液壓泵流量極限已被證明是關鍵一步。在產品設計過程中，開發工程師需要一種簡單、快速的計算工具來進行純估算。1D建模是滿足這一需求的最有效方法。1D模型具有有限的變量數目，并允許進行詳細的分析。量綱分析可以用來獲得一個問題的規則參數。計算流體力學(CFD)在模型參數確定或模型改進時起到了很好的支持作用。在這種情況下，流量系數是一個非常突出的例子。因此，人最終可以得出一個很好的模型，該模型可以用完全開發的產品的可用實驗數據來驗證。在產品設計的下一個周期中應用該模型可能有助于避免以前的缺點。因此，我們嘗試在這個卓有成效的共生體中采用1D模擬和CFD并行的策略。
CFD 模擬策略
在嘗試用CFD進行全3D葉片泵模擬之前，建議從2D可行性研究開始。原因在于FLUENT中的空化模型可能導致求解器的嚴重收斂問題，這需要長期手動調整求解器的設置。根據我們的經驗，這種情況發生在靜止的3D流中。此外，葉片泵的全面模擬需要FLUENT中提供的幾種模擬技術的組合。首先，我們有一個非定常流動問題。正如我們在第1節中所看到的，靜液壓泵的工作方式是顯式變化的幾何形狀。運動部件的運動不是像渦輪機那樣由純粹的旋轉組成的。因此，不存在運動參考系，其中運動部件處于靜止狀態。動態網格技術的應用是十分必要的。最后，在所注意的泵速度下，工作介質是處于高度可壓縮狀態的流體。
展開 預測和減少流體空化對于很多工業應用都至關重要，包括船舶推進器。計算流體力學 (CFD) 可以用于預測流體空化并在設計流程早期探索備選設計。本白皮書探討船舶推進器空化仿真的重要方面。它評估準確仿真潛在錯誤的相對影響、如何降低其影響以及在比例模型物理測試過程中模擬全尺寸推進器的優勢所在。
使用 CFD 仿真預測流體空化并降低其影響
空化是由流體壓力驟降引起的，這樣液體就會產生相變和氣泡。許多液體流動時都會發生這一現象，尤其是在泵、閥門和推進器之類旋轉機械中。流體空化會導致振動、噪聲和腐蝕，并因而導致結構磨損和損壞。在船舶應用中，推進器空化會降低推進效率并對船體和推進器葉片造成腐蝕。因此，準確預測是否會發生空化、在推進器的哪個部位發生、確保減少推進器設計次數或盡可能防止流體空化，都至關重要。
借助計算流體力學 (CFD) 進行多相建模，對于理解空化而言是不可或缺的工具。對于比例推進器模型進行的物理測試用途有限，因為預測和真實世界的全尺寸操作條件之間存在差異。CFD 可以準確預測空化并迅速用于多種設計研究。
了解如何執行準確的空化仿真
通過 Simcenter STAR-CCM+ 之類 CFD 代碼中的通用空化模型，可以準確預測船舶推進器的空化。本白皮書詳細探討運行空化仿真過程中可能遇到的難題。了解如何評估以下對象：
湍流模型
柵格解析度
推進器幾何形狀
尺度效應
對于空化仿真結果的影響。本白皮書囊括了 SVA Potsdam 公司的 CFD 仿真和實驗數據對比。
借助船舶 CFD 仿真推動船舶設計流程
我們堅信，全面的數字孿生對于船舶創新的未來和效率至關重要。我們的仿真和測試工具產品組合靈活、開放、可擴展，并且可以在船舶設計流程的每一步提供支持輔助。
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Abaqus軸肩超聲滾壓仿真案例講解10個月前
[圖片]
研究背景及內容
螺旋槳是船舶的主要推進器之一，具有良好的水動力性能、較高的推進效率和簡單的結構等特點。然而，在船舶設計和運行中，螺旋槳的噪聲問題一直是一個重要且復雜的挑戰。
本研究使用仿真手段對旋轉槳的非空化噪聲進行研究。研究分為流體動力學仿真計算和聲學仿真計算，流體計算以縮比的DMPT P4119標準槳為研究對象。在穩態計算中，采用SST 湍流模型。瞬態計算采用大渦模擬(LES)湍流模型
超聲輔助激光熔覆利用高能超聲波在熔體中產生的非線性效應，如超聲空化和聲流效應等，來改善熔池內增強體與熔體的潤濕性，促使增強體在熔體中均勻分布。同時，聲流攪拌作用將空化效應產生的晶核擴散至整個熔池中，有效提高了形核率，均化了溫度梯度和成分分布，降低了偏析程度。這種結合了激光熔覆和超聲振動的技術，可以提高熔覆層的質量和性能。
本案例展示了超聲輔助下激光熔覆的動態過程，仿真結果如圖所示：
<p> 超聲清洗是利用超聲波在液體中的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E7%A9%BA%E5%8C%96%E4%BD%9C%E7%94%A8/9622940" rel="noopener noreferrer" target="_blank">空化作用</a>、加速作用及直進流作用對液體和污物直接、間接作用，使污物層被<
在刀具切削仿真領域，應用SPH算法進行金剛石刀具切削工件逐漸成為一個熱點。應用SPH算法表征材料在加工過程中的磨屑狀態、損傷情況、亞表面裂紋擴展對于揭示刀具切削原理更加直觀高效，是此方法的最大優勢之處。關于SPH算法的原理及建模思路本帖不加說明，讀者可自行前往技術鄰平臺搜索閱覽。本帖主要給出金剛石磨粒在加工過程中形成的SPH磨屑狀態分布云圖方法。
除去磨削力信號、力表面形貌、亞表面工件損傷云圖等直接表征加工好壞的評價指標
自己搭建的Comsol 5.6版本的激光超聲仿真模型，視頻內容詳細，歡迎觀看。
激光超聲二維位移圖如下：
激光超聲表面波波形如下：
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