مقاله جریان Eckart با هارمونیک های غیرخطی مرتبه بالا: نمونه ای در گیگاهرتز

چکیده

Acoustic streaming shows great potential in applications such as bubble dynamics, cell aggregation, and nano-sized particle isolation in the biomedical and drug industries. As the acoustic shock distance decreases with the increase of incident frequency, the nonlinear propagation effect will play a role in acoustic streaming, e.g., Eckart (bulk) streaming at a few gigahertz (GHz). However, the theory of source terms of bulk streaming is still missing at this stage when high-order acoustic harmonics play a role. In this paper, we derive the source term including the contribution of higher-order harmonics. The streaming-induced hydrodynamic flow is assumed to be incompressible and no shock wave occurs during the nonlinear acoustic propagation as restricted by the traditional Goldberg number Γ< 1 or Γ\approx 1 which indicates the importance of nonlinearity relative to dissipation. The derived force terms allow evaluating bulk streaming with high-order harmonics at GHz and provide an exact expression compared to the existing empirical formulas. Numerical results show that the contribution of higher-order harmonics increases the streaming flow velocity by more than 20%. We show that the expression introduced by Nyborg should be avoided in numerical computations as it includes part of the acoustic radiation force that does not lead to acoustic streaming.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

جریان صوتی پتانسیل بسیار خوبی در کاربردهایی مانند دینامیک حباب ، تجمع سلول و جداسازی ذرات به اندازه نانو در صنایع زیست پزشکی و دارویی نشان می دهد.از آنجا که با افزایش فرکانس حادثه ، فاصله شوک آکوستیک کاهش می یابد ، اثر انتشار غیرخطی در جریان آکوستیک ، به عنوان مثال ، جریان Eckart (فله) در چند گیگاهرتز (GHz) نقش خواهد داشت.با این حال ، تئوری اصطلاحات منبع جریان فله در این مرحله هنوز از دست رفته است که هارمونیک های صوتی مرتبه بالا نقش ایفا می کنند.در این مقاله ، ما اصطلاح منبع از جمله سهم هارمونیک های مرتبه بالاتر را استخراج می کنیم.جریان هیدرودینامیکی ناشی از جریان فرض می شود که غیر قابل فشرده سازی است و هیچ موج شوک در طول انتشار آکوستیک غیرخطی رخ نمی دهد که توسط شماره سنتی گلدبرگ γ <1 یا γ \ تقریباً 1 محدود شده است که نشان دهنده اهمیت غیرخطی نسبت به اتلاف است.اصطلاحات نیروی مشتق شده امکان ارزیابی جریان فله با هارمونیک مرتبه بالا در GHz را فراهم می کند و یک بیان دقیق در مقایسه با فرمولهای تجربی موجود ارائه می دهد.نتایج عددی نشان می دهد که سهم هارمونیک های مرتبه بالاتر سرعت جریان جریان را بیش از 20 ٪ افزایش می دهد.ما نشان می دهیم که عبارت معرفی شده توسط Nyborg باید در محاسبات عددی اجتناب شود زیرا بخشی از نیروی تابش آکوستیک را شامل می شود که منجر به جریان صوتی نمی شود. [sc name="paperTranslation2"][/sc]