近年来,超声技术在军事、安全、医疗等领域的大量应用,使得非线性声学迅速发展成为现代声学的基础研究和应用的热点。声波的传播问题是声学中的一个基础性的永久课题。声波可以在任何介质中传播,声波的传播特性与介质的性质及其周围环境的关系非常密切。无论是在理论上还是实践中,只要是涉及振动或声波的应用技术都与声的传播发生关系。本文对超声波在液体介质中的非线性传播、声参量的激发以及非线性效应进行了研究。主要的研究工作及创新点如下:1.对理想液体及黏滞性液体中的非线性声传播现象进行了研究。基于连续介质假设,利用绝热条件下物态方程的泰勒级数展开式,并结合含有非线性项的运动方程和连续性方程,推导出了理想液体介质中声的非线性传播方程。并对波动方程进行了求解,得到了二级近似下的非线性波动解。考虑到液体的黏滞性和热传导情况,对液体的物态方程进行了修正。沿用上述方法推导出了黏热液体中的二阶非线性波动方程。利用数值计算的方法对波动方程进行了求解,并对黏滞性液体中声能的衰减情况和声压的分布进行了分析。2.对超声在液体中传播产生的谐波及其传播规律进行了研究。从基本的流体运动方程出发,引入修正的物态方程,得到了考虑黏滞性和热传导的非线性波动方程。采用逐级近似的方法求解方程,并得到了二、三次谐波的解析式。沿用上述解法使用保留有更高次项的物态方程便可得到更高次的谐波表示式。文中对单频辐射场中的谐波及其传播进行了数值分析,得到了基波和各阶谐波的声压分布曲线。通过分析可知,在辐射声场中基波的声压值最大,谐波的声压值都很小;基波的声压随着传播距离的增大不断减小,而谐波声压在临界距离内不断增大;在所有的谐波中二次谐波的含量最大。文中进一步对二次谐波的产生及传播进行了研究,得到了二次谐波与驱动声压及频率间的关系:当基波的频率一定时,二次谐波的声压随着驱动声压的增大而增大;但是在驱动声压一定时,二次谐波的声压却随驱动频率的升高而减小。3.对超声波间的相互作用以及声参量的激发进行了研究。基于求解单频声波方程的近似解方法,建立了不同频率的声波在传播过程中发生相互作用时的非线性声波方程。采用逐级近似的方法对该方程进行了求解,通过数值分析分别得到了和频波与差频波的声压分布曲线以及声场中声能的分布规律。通过研究发现:随着传播距离的增大,和差频波的含量先增大后减小。其中和频波主要集中在声源的附近并快速衰减,而差频波的积累过程和衰减过程都比较缓慢、传播的距离也比较大。从声压分布的曲线还可以看出,当入射波的组成成分不同时,和频波与差频波的声压分布情况也不同。文中还对单、双频辐射声场中基波声能的变化及其分布情况进行了比较。通过对比发现:在输入总声能相同的情况下,单频辐射场中基波能量的衰减比较快,远场中的声能量很小而且主要成分还是基波能。双频辐射场中声能的衰减比较缓慢,声场分布比较均匀,远场中的声频成分比较丰富。4.对超声波在液体中的空化效应以及空化对声传播的影响进行了研究。超声空化场的传播特性与空化泡的含量、大小以及非线性振动密切相关。因此我们首先对空化泡的动力学行为进行了研究,并得到了声空化泡的振动与驱动声压与频率以及液体黏滞力之间的关系。采用等效平均的方法利用亥姆霍兹方程,建立了声波在空化液体中的传播模型。进一步得到了空泡的大小、含量与驱动声场的声压、频率以及液体表面张力、热传导之间的关系,并对超声场中的声压分布进行了数值模拟。通过分析发现:在发生空化的声场中,声压的衰减明显加快;且驱动声压越大时,声场中的声压减小的越快。因而在发生空化的高强声场中声能的反常衰减现象就更加地明显。