用途:设计并验证声悬浮系统,通过驻波在压力节点处捕获小物体。流程包括确定平衡重力所需的声辐射压力、选择换能器与反射器几何形成稳定驻波、计算节点位置与捕获强度,并验证物体对横向和轴向扰动的稳定性。
主要能力:计算Gor'kov声对比因子(单极f_1、偶极f_2)判断物体趋向压力节点还是反节点;由力平衡求解所需声压幅值P_0、声强I与声压级(空气中典型需150–165 dB SPL);设计换能器-反射器腔长L=n·λ/2并给出节点位置z_j=(2j-1)·λ/4;计算轴向刚度k_z、横向刚度k_r、固有频率与势阱深度;评估重力偏移、气流阻力、声流与热漂移等扰动裕度。
使用方式:输入物体质量、密度、半径、体模量,介质密度与声速,可选换能器频率(默认40 kHz)、功率及是否需要动态操控。按步骤依次完成物体与介质表征、声压需求计算、几何设计、捕获势与恢复力计算、稳定性验证。若需动态重定位,可用相控阵替代单轴换能器-反射器对。
适用场景:化学或生物实验的无接触样品支架、教学与科普演示、判断给定物体能否被声悬浮、单轴与相控阵方案选型、节点位置与捕获力计算。
限制:Gor'kov点粒子理论要求物体半径a远小于波长λ(通常a<λ/4),否则需有限元等数值方法;横向约束通常弱于轴向,是主要失稳因素;高声压级下声流、非线性效应与温漂显著,需重新调谐或温控;超过约155–160 dB SPL时线性理论预测偏差增大。具体换能器型号、价格与平台信息暂未提供。