自由空间中球形粒子的负向声辐射力
作者:臧雨宸; 林伟军; 苏畅; 吴鹏飞; 常钦
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对于自由空间中的球形粒子在一定声场作用下,首先分析了散射过程中的吸收声功率、散射声功率和损失声功率及其相互关系,通过计算发现了由于参数选择不当而导致的负吸收现象。然后,从动量守恒定律出发,推导了声辐射力的一般表达式,解释了声辐射力与声能流的关系,并从理论和计算两个方面验证了负声辐射力的存在。当产生负声辐射力峰时,声波的后向散射被抑制。在此基础上,进一步研究了颗粒偏心率和流体粘度对负声辐射力峰的影响。基于球函数的加法公式,推导了偏心球的散射系数和声辐射力的计算公式。结果表明,偏心距和颗粒材料将显著改变负声辐射力的生成条件。在低频近似下,由流体粘度引起的附加正声辐射力峰能否完全抵消原始的负声辐射力峰,将决定声辐射力的最终方向。研究结果对利用负声辐射力单波声镊操纵特定粒子具有理论指导意义。