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随着科技的发展,精细化、高分辨率操控技术在生产和生活中的需求日益增大,常常需要在不同领域和环境中实现对微小目标物的精密操控。在某些操控环境下,待操控对象的尺度可能在微米和纳米的量级,而且操控对象的强度也相对较弱。此时,宏观的机械操控方式难以满足实际的操控需求。因而,微纳粒子操控技术成为人们关注的热点。在对目标粒子进行操控的过程中,根据操控设备是否接触目标粒子可以分为接触式操控和非接触式操控。非接触式操控无需接触被操控粒子,可以避免触碰造成的损伤和污染,在生命科学、材料科学、化学化工等领域具有广泛的应用。一般的非接触式操控技术主要是利用物理场与被操控粒子之间的相互作用来实现对微纳粒子的操控,根据采用物理场的不同,非接触式操控技术主要包括光操控,电磁操控和声操控等。声操控是利用声波与目标粒子发生能量和动量的交换来捕获、移动单个或多个粒子,具有低功耗、无损伤和良好的生物相容性等优点。其核心是利用声波与目标粒子之间相互作用产生的声辐射力来实现对粒子的操控,因而研究声波作用下粒子所受的声辐射力在声操控技术的精细化和可预测性方面具有重要意义。实际的粒子非接触式操控多发生在有边界的空间中,容器的边界、流体介质、入射声波参数以及粒子的结构和材料等因素都会影响声波对粒子的操控。因而建立粒子在不同操控环境下的声辐射力计算模型,探究不同的环境参数对粒子声操控的影响成为了声操控技术研究和发展的关键。充液圆柱形管是一种常见的微纳米粒子操控环境,对于圆柱形管中球形粒子声辐射力的研究有助于推动声学操控技术在生物医学领域或微流控装置设计等方面的应用与发展。本文根据工程实际中声波操控粒子的客观环境,研究了影响声波作用下充液圆柱形管中球形粒子上声辐射力的因素,获得了一些管中粒子声操控的定性规律,主要内容和创新点如下:1.基于声学波动理论,给出了平面波入射时,自由空间中刚性球,液体球和弹性球的声散射模型,以声散射理论为基础,通过对球表面声辐射应力张量积分,得到了平面波入射时自由空间中球形粒子的声辐射力。同时,建立了自由空间中声辐射力计算的有限元模型,对理论结果进行了验证。2.建立了平面波作用在充液圆柱形腔中球形粒子的声散射模型,并依据实际操控环境中存在的弹性球、弹性双层球、多层胶囊等不同的粒子,推导了管中不同球形粒子声散射系数的表达式。并以散射理论为基础,通过对球表面声辐射应力张量积分,推导出管中球形粒子声辐射力的解析表达式。利用声辐射力计算公式,分析了球形粒子的材料、结构等因素对管中球形粒子声辐射力的影响,并考虑实际操控环境中管道壁的不同,分别计算了刚性管和阻抗管中的声辐射力。最后使用有限元法,得到不同球形粒子在管中声辐射力计算的数值结果,对理论结果进行验证。研究结果表明,相比于自由空间中粒子的声辐射力,管中球形粒子的声辐射力出现了峰值或谷值,是由于充液腔的共振引起了声辐射力幅值出现了极值。不同的粒子材料和结构会影响声辐射力的大小和方向。对于双层球,外壳材料对声辐射力的影响较大。当球为三层结构时,声辐射力对内核药物半径改变的响应并不明显,即三层球在内核半径尺寸的选取上具有更大的灵活性。此外,在充液柱腔的共振频率处,阻抗管中球形粒子的声辐射力起伏相对较小。3.建立了声波作用下截面发生突变的管中球形粒子的声散射模型,推导出声波入射突变截面管中球形粒子的声辐射力,探究了球形粒子在管中的位置以及突变截面对球形粒子声辐射力的影响,并利用有限元法进行数值计算,对理论结果进行验证。结果表明,管中球到突变截面处的距离对声辐射力的影响呈周期性正弦变化。随着突变截面处前后半径比的改变,从前管半径小于后管半径变化到前管半径大于后管半径时,声辐射力的方向会发生改变。4.建立了声波作用于末端连接Helmholtz共鸣腔的管中球形粒子声辐射力计算的解析理论和数值模型,分析了球形粒子在管中的位置以及Helmholtz共鸣腔参数对管中球形粒子声辐射力的影响。研究结果表明,管中球形粒子上声辐射力随着球到Helmholtz共鸣腔距离的改变呈周期性的正弦变化规律。Helmholtz共鸣腔线性参数的改变会影响球形粒子上声辐射力的大小和方向,Helmholtz共鸣腔的共振频率也会影响声辐射力的变化规律。实际操控中需要结合不同边界对粒子操控的影响设计实验装置。5.声波在管内传播时,当声源的激发频率高于管道简正频率fmv时,管中存在（m,v）次简正波,管中的球形粒子会受到（m,v）次简正波叠加的作用。本文建立了圆柱形波导管中（m,v）次简正波叠加作用下球形粒子的声散射模型,推导出球上声辐射力计算的解析表达式,仿真计算了不同阶次简正波作用下球形粒子的声辐射力,并采用有限元法对解析结果进行验证。研究表明,当根值m相同时,声辐射力在充液圆柱形管的共振频率处出现谷值,但是变化规律不同。而当管中声场为（m,v）次简正波叠加时,由于管中存在不同的共振频率和共振模式,影响球形粒子的声辐射力变化特性,并且振幅值主要受（0,v）次简正波的影响。因此当在管中进行声操控实验时,需要考虑高次波传播的影响。本研究结合实际操控场景,建立了不同操控环境下,声波与管中球形粒子相互作用的声辐射力理论计算模型和有限元数值仿真模型,分析了粒子的材料和结构参数以及不同的操控环境对其声辐射力的影响。研究结果将为声操控系统的设计和声操控技术在实际中的应用提供理论依据,并推动管中声学操控系统的精细化发展。