FLUENT鼓虾夹螯合拢过程动力学分析及仿生设计(2)
鼓虾身长约5厘米，拥有一对大小不等的夹螯，其夹螯长度可达2.8厘米，约为身长的一半，外形如图1.1所示。除传递信息外，当鼓虾猎食时，也会将夹螯快速闭合，通过夹螯挤压囊腔中的液体，喷射出时速约为100km/h的水流，将猎物击昏或杀死。这道高速水流会触发气穴现象，形成一个极微小的低压气泡，当水压回复正常，气泡会崩裂并发出劈啪声[1]。已证实，劈啪声是因高速射流所引起的空化泡溃灭所造成[2]。此时还可能伴随发光，这就是水力空化效应产生的物理现像。
图1.1 鼓虾外形图
鼓虾利用夹螯合拢产生空化气泡，空化气泡产生的射流现象已经被广泛应用。眼镜店清洗眼镜，是把眼镜放入有超声波源的液体中，超声波源发出“吱吱”声音，在超声激励下，液体中产生大量微气泡，这些微气泡在超声波负压强相膨胀，正压强相快速压缩。微气泡快速压缩然后反弹过程，如果周围压强分布比较大地偏离球对称，气泡就有可能变形，并发射高速射流。正是这个高速射流可以清洗物体沟沟缝缝内的污渍。由于是超声激励，因此也称为声空化。1915年法国科学家 Langevin[3]在水中发射超声波检测时发现超声对小鱼等水生生物会产生致命效应，Wood和 koomis(1927) 首先发现超声能破坏水中单细胞生物和红细胞。自上世纪 50 年代以来，在超声的一定剂量范围内，空化效应的研究在生物体系的各个层次展开（哺乳动物整体，组织、器官，细胞与微生物，生物大分子），已观察到超声空化效应主要表现为对机体的损伤，并从定性和定量的角度探讨了超声剂量与空化效应的关系。
由于各种各样的原因，水力机械，例如水泵、水轮机、舰艇螺旋桨及翼型经常会运行在空化状态下。在很多情况下，空化会使设备运行得不稳定。因此深入了解不稳定空化现象很有必要。基于鼓虾夹螯合拢过程的研究与仿生设计，可从中探索冲击波碎石、超声清洗、药物的定向控制、水下通讯等改进方法。并将对基于空化现象的冲击波碎石、超声清洗、药物的定向控制、水下通讯等相关的研究具有推动作用，具有重要的科学意义及应用价值。空化技术最先应用于前苏联海军尖端领域，其发明了水下时速达370km/h的火箭鱼雷，颠覆了传统鱼雷的设计理念，2008年，美国利用液体空化技术将鱼雷时速提高至500km/h。利用空化现象导致液体分子键爆裂，瞬间释放巨大能量这一特殊的物理机理，使该技术在民用领域拥有更大的应用价值，为相关产业带来革命性技术突破，已有的实验研究包括了油脂水解，细胞袭解及木浆精炼等[4]。关于对空化的生物效应机制和定量研究，尤其在医学领域已成为急待迫切的问题。随着人们对超声诊断副作用认识的更新和超声治疗的兴起，空化的生物效应引起了人们高度的重视并进行了大量的研究，但尚未取得突破性进展。
因此，对水力空化的生物效应机制进行研究，具有重要的科学意义及应用价值。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 鼓虾生物机能研究发展现状
1.2.2 射流空化研究发展现状
1.2.3瞬态高能动力源的发展现状
1.3 本文研究的主要内容
第1章介绍了本课题相关领域的国内外研究现状，对鼓虾夹螯合拢过程中所涉及的物理现象做了初步的论述，并介绍了整个课题的研究意义，而针对本课题所采用的落锤法，也进行了简单的背景介绍。
第2章论述了空化的形成机理，以此为基础，对夹螯射流展开分析。鼓虾利用夹螯挤压囊腔内原本静止的液体，产生高速射流，射入周围流体，射流不断与周围液体发生剪切，最终淹没在流场中。
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