Influence of particle shape and material on the acoustic radiation force and microstreaming in a standing wave

声辐射力 粒子(生态学) 机械 物理 声辐射 声波 经典力学 压缩性 旋转对称性 辐射 驻波 散射 材料科学 光学 声学 地质学 超声波 海洋学
作者
Alen Pavlič,Pushkin Nagpure,Lorenzo Ermanni,Jürg Dual
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (1): 015105-015105 被引量:22
标识
DOI:10.1103/physreve.106.015105
摘要

In view of its influence on the acoustic radiation force, we investigate the microstreaming around a small solid elastic particle in an ultrasonic standing wave in dependence of its material properties and shape. The configuration is axisymmetric, making it accessible to numerical methods, such as the finite element method. The results reveal a transition from viscous scattering- to microstreaming-dominated acoustic radiation force that depends on the particle density. When a deviation of the particle shape from a sphere becomes smaller than the viscous boundary layer thickness, we show that the influence of the shape on the viscous contributions to the acoustic radiation force diminishes, allowing the use of theoretical models for a spherical particle. However, extreme asymmetric shape perturbations, such as crowns with sharp edges, can give rise to noticeable viscous contributions for a dense particle that is larger than the viscous boundary layer thickness. We also introduce a hybrid analytical model for the acoustic radiation force on a spherical particle that accounts for the microstreaming and particle compressibility and shows a good agreement with numerical simulations for an arbitrary particle size and density.
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