超声驻波悬浮技术作为非接触式支撑技术的一种,能够用来模拟太空环境的微重力、无接触悬浮等特性,为生物化学以及药物科学领域提供一种接近理想状态的实验条件,并得到广泛应用。生物学领域研究中声悬浮技术为细胞的无接触分离、提取,悬浮等操作提供无壁接触操作环境,使得细胞得以完好保存,为生物实验,试剂制备,生物医疗提供更纯净,更有活力的生物细胞。超声复合声场悬浮理论的提出与发展将声悬浮的应用推进一个新高度,延伸出无接触药物运输,无接触细胞运输,以及超声手术等前沿研究。超声药物或细胞的传输以及无接触操作过程主要依赖动态变化声场实现物体控制,然而当前大多数声悬浮研究理论都是针对静态悬浮情况展开,缺少对动态变化声场中悬浮小球的稳定性研究。为解决当前这一迫切问题,本文针对动态悬浮声场悬浮小球的运动稳定性进行理论与实验研究,得出动态声悬浮的优化方案,提高悬浮稳定性。论文的研究内容如下:(1)声悬浮环境参数与声压力变化关系为研究目的。对驻波定义、声波在流体中传播的线性波动方程、及King与Gor’Kov经典的超声辐射力理论进行介绍,根据理论计算分析介质,发射面-反射面距离,反射面几何形状等物理因素对声压力强度及分布的影响。通过COMSOL仿真静态声悬浮模型,分析声场中悬浮物对声场强度及分布影响。(2)以提高动态声场的声悬浮稳定性为核心问题。建立动态声悬浮小球线性动力学模型,通过COMSOL仿真计算构建动态声悬浮场中悬浮小球受力变化曲线,研究动态声悬浮系统的线性特点。搭建动态声悬浮稳定实验,将直径相等的泡沫球,玻璃球,液滴作为研究对象,引入高精度测量系统对动态声悬浮的声辐射力进行测量并观察声悬浮小球的悬浮运动特性。分析实验结果并对动态声场对悬浮小球运动特点进行讨论,提出动态声场下实现稳定悬浮的优化参数。(3)提高静态悬浮抗噪能力为研究目标。运用波可叠加性在悬浮系统中输入扰动频率,研究不同扰动频率下超声悬浮小球运动的非线性运动特征。线性动力学模型基础上引入阻尼力以及扰动力,引导出声悬浮小球非线性受力运动模型。结合杜芬振子模型对干扰环境下悬浮小球不规律振动展开讨论,并提出扰动因素下实现悬浮稳定的优化方法。