西工大声涡旋研究取得突破 成果在物理学顶级期刊发表

2017年04月11日 23:22  


西工大声涡旋研究取得突破 成果在物理学顶级期刊发表

西工大声涡旋研究取得突破 成果在物理学顶级期刊发表

西工大新闻网6月4日电(记者王凡华)“声音也能形成龙卷风一样的涡旋,而且,还能带动液体和微小颗粒。”——这,是真的吗?这不是中央电视台某节目的开场语,而是我校理学院副教授洪振宇向记者展示的“科学奇观”。

日前,我校理学院空间材料科学与技术实验室与英国布里斯托尔大学机械工程系合作,在世界物理学顶级期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)2015年第114期,发表题为《Observation of orbital angular momentum transfer from bessel-shaped acoustic vortices to diphasic liquid-microparticle mixtures》的研究论文。该研究发现,声涡旋可以驱动液体和微粒旋转。

西北工业大学理学院副教授洪振宇,作为该论文的第一作者,近年来在驻波和近场声悬浮、声涡旋以及超声在材料无容器处理中的应用等方面,进行了多项创新研究。

他解释道,在许多自然现象和研究领域中都可以看到各种各样的涡旋,比如说台风、龙卷风、海啸等现象,也有一些人们日常生活中的,如在小河转弯处常看到的涡旋,家里澡盆出水口看到的澡盆涡,在高层楼房底部感觉到的马蹄涡等等。

在社会科学当中,也将“涡旋”一词移植并赋予意义,用来比喻遇到了极大的麻烦,像“陷入了某问题的涡旋之中”。在文学艺术及社会科学领域中,常将“涡旋”称为“漩涡”或“旋涡”,现依据全国自然科学名词审定委员会公布的《力学名词》,应为“涡旋”。

他介绍道,该项研究利用阵列声源在水中产生了多种形式的微型声涡旋,观察了水和水中的小颗粒在声涡旋场中的旋转运动情况。声涡旋看上去有些像龙卷风,它驱动水围绕中心轴作整体的低速旋转,越靠近涡旋中心转速越大,水中的颗粒作或快或慢的旋转,转速与颗粒尺寸有关。当颗粒尺寸较小时,它们在水中均匀分布并随水一起旋转;当颗粒尺寸较大时,它们被卷入涡旋中心并作高速旋转。

这一发现表明,声涡旋携带的轨道角动量可以转移到液体和微小颗粒上,从而开辟了潜在的应用,可以用来制作微型声马达、微型离心机或小尺寸低能耗水净化系统。

水和微小粒子在不同阶数声涡旋中的旋转情况(上排为实验结果,下排为理论结果)

原文链接:http://news.nwpu.edu.cn/info/1002/30001.htm

【关闭窗口】