高强度的超声波作用于液体会引起复杂的空化现象,形成局部高温高压和冲击波等极端影响,在一定程度上可促进化学反应和物质交换等。近年来,许多学者对超声波作用下气泡的空化现象进行了广泛而深入的研究,前人已经发展了较为成熟的无界液体中单泡动力学模型。超声展现出广阔的应用前景,如超声清洗、超声萃取、肿瘤消融等,然而超声实际作用的场景是复杂的体系,液体中含有空化泡、不同种类的粒子等且液体被介质所包裹,气泡与粒子及腔外介质的相互作用会对其本身运动及空化效应产生影响,进而影响其应用效果。基于此,本文对腔体中的气泡和粒子的相互作用及气泡本身的振动行为进行研究,重点考虑腔体结构及腔外介质特性对气泡及气泡粒子间相互作用的影响,为理解复杂环境中的空化气泡动力学奠定基础,主要包含以下几个方面的内容:1.从气泡、粒子和球腔的速度势出发,结合系统的动能及势能并基于拉格朗日方程导出了气泡和粒子的动力学方程。分别研究了声场参数、介质弹性、密度、气泡粒子本身性质等对气泡共振频率及气泡粒子运动的影响。结果表明,粒子有向腔壁运动的趋势,气泡的平动特征与气泡和粒子间相互作用相关。2.腔外黏弹性介质的力学性能通过利用Voigt黏弹性模型来表征,并在此基础上得到了肌肉组织中的气泡动力学模型。分别研究了气泡与腔体半径比、腔外介质黏弹性、声场参数等对气泡共振频率、径向振动及气泡惯性空化阈值的影响。数值分析表明,腔体半径越小对气泡的抑制作用越强且气泡在高频下振动幅度较小,在尺寸小于1μm的范围内气泡越小阈值越高相对来说越难以空化。3.考虑腔外介质的密度,对肌肉组织中的气泡动力学做进一步的修正,并基于气泡动力学方程及气泡线性共振方程对气泡的共振频率、组织中应力及气泡阈值进行分析。结果表明,腔外介质的密度对气泡的共振频率有一定的影响且在腔体较小时比较明显。在低频高剪切模量的组织中组织应力呈现较明显的起伏特征,气泡的惯性空化阈值也表现为比较复杂的特征。