1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплофизика высоких температур
  4. T. 61, № 3, 2023

Теплофизика высоких температур, 2023, T. 61, № 3, стр. 419-425

Импульсное воздействие на коллапс кавитационного пузырька

А. А. Аганин 1, *, Н. А. Хисматуллина 1, **, Р. И. Нигматулин 1

1 Институт механики и машиностроения – ОСП ФГБУН “Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр РАН”
Казань, Россия

* E-mail: aganin_aa@imm.knc.ru
** E-mail: nailya_hism@mail.ru

Поступила в редакцию 14.07.2022
После доработки 09.09.2022
Принята к публикации 13.10.2022

Аннотация

Рассматривается влияние концентрического импульсного воздействия (скачкообразного повышения давления жидкости на некотором удалении от поверхности коллапсирующего пузырька) на коллапс сферического кавитационного пузырька в воде. Динамика пара в пузырьке и движение окружающей жидкости описываются уравнениями газовой динамики, которые замыкаются широкодиапазонными уравнениями состояния. Учитываются теплопроводности обеих фаз, тепломассообмен на поверхности пузырька. В методике расчета применяются подвижные сетки со сгущением к поверхности пузырька, которая выделяется явно. Используется модификация метода С.К. Годунова повышенного порядка точности. Показано, что в результате импульсного воздействия коллапс пузырька ускоряется, радиус пузырька и давление в его полости в конце коллапса увеличиваются. При импульсном воздействии коллапс пузырька сопровождается периодической фокусировкой в центре пузырька радиально сходящихся волн сжатия. В моменты фокусировки давление в малой окрестности центра пузырька очень сильно возрастает. С повышением амплитуды импульсного воздействия отмеченные особенности усиливаются.

Список литературы

  1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. В 2-х т. М.: Наука, 1987.

  2. Aganin A.A., Mustafin I.N. Outgoing Shock Waves at Collapse of a Cavitation Bubble in Water // Int. J. Multiphase Flow. 2021. V. 144. P. 103792.

  3. Tullis J.P. Hydraulics of Pipelines: Pumps, Valves, Cavitation, Transients. John Wiley & Sons, Inc., 1989.

  4. Coleman A., Saunders J., Crum L., Dyson M. Acoustic Cavitation Generated by an Ex-tracorporeal Shockwave Lithotripter // Ultrasound Med. Biol. 1987. V. 13. № 2. P. 69.

  5. Song W.D., Hong M.H., Lukyanchuk B., Chong T.C. Laser-Induced Cavitation Bubbles for Cleaning of Solid Surfaces // J. Appl. Phys. 2004. V. 95. № 6. P. 2952.

  6. Нигматулин Р.И., Аганин А.А., Ильгамов М.А., Топорков Д.Ю. Зависимость коллапса парового пузырька в горячем тетрадекане от давления жидкости // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26. № 6. С. 931.

  7. Аганин А.А., Халитова Т.Ф. Влияние температуры жидкости на сильное сжатие кавитационного пузырька // Уч. зап. Казанск. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2019. Т. 161. Кн. 1. С. 53.

  8. Аганин А.А., Халитова Т.Ф., Хисматуллина Н.А. Численное моделирование радиально сходящихся ударных волн в полости пузырька // Матем. моделирование. 2014. Т. 26. № 4. С. 3.

  9. Аганин А.А., Ильгамов М.А., Топорков Д.Ю. Возможности повышения температуры жидкости в проблеме сверхсжатия пузырька акустическим воздействием // Уч. зап. Казанск. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2019. Т. 161. Кн. 4. С. 485.

  10. Klaseboer E., Khoo B., Hung K. Dynamics of an Oscillating Bubble near a Floating Structure // J. Fluids Struct. 2005. V. 21. P. 395.

  11. Robinson P.B., Blake J.R., Kodama T., Shima A., Tomita Y. Interaction of Cavitation Bubbles with a Free Surface // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. № 12. P. 8225.

  12. Blake J.R., Robinson P.B., Shima A., Tomita Y. Interaction of Two Cavitation Bubbles with a Rigid Boundary // J. Fluid Mech. 1993. V. 255. P. 707.

  13. Xu W., Zhang Y., Luo J., Arong, Zhang Q., Zhai Y. The Impact of Particles on the Collapse Characteristics of Cavitation Bubbles // Ocean Engineering. 2017. V. 131. P. 15.

  14. Vogel A., Busch S., Parlitz U. Shock Wave Emission and Cavitation Bubble Generation by Picosecond and Nanosecond Optical Breakdown in Water // J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 100. № 1. P. 148.

  15. Wang Y.-C., Brennen C.E. Shock Wave Development in the Collapse of a Cloud of Bubbles // Cavitation and Multiphase Flow. 1994. V. 194. № 15. P. 19.

  16. Philipp A., Lauterborn W. Cavitation Erosion by Single Laser-produced Bubbles // J. Fluid Mech. 1998. V. 361. P. 75.

  17. Ohl C.-D., Kurz T., Geisler R., Lindau O., Lauterborn W. Bubble Dynamics, Shock Waves and Sonoluminescence // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 1999. V. 357. P. 269.

  18. Bourne N.K., Milne A.M. The Temperature of a Shock-collapsed Cavity // Proc. R. Soc. Lond. A. 2003. V. 459. P. 1851.

  19. Johnsen E., Colonius T. Shock-induced Collapse of a Gas Bubble in Shockwave Lithotripsy // J. Acoust. Soc. Am. 2008. V. 124. P. 2011.

  20. Cao S., Wang G., Coutier-Delgosha O., Wang K. Shock-induced Bubble Collapse Near Solid Materials: Effect of Acoustic Impedance // J. Fluid Mech. 2021. V. 907. A 17.

  21. Aganin I.A., Davletshin A.I. Dynamics of Interacting Bubbles Located in the Center and Vertices of Regular Polyhedra // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1588. 012001.

  22. Нигматулин Р.И., Болотнова Р.Х. Широкодиапазонное уравнение состояния воды и пара. Упрощенная форма // ТВТ. 2011. Т. 49. № 2. С. 310.

  23. Аганин А.А., Ильгамов М.А., Халитова Т.Ф. Моделирование сильного сжатия газовой полости в жидкости // Матем. моделирование. 2008. Т. 20. № 4. С. 89.

  24. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с.

  25. Fujikawa S., Akamatsu T. Effects of the Non-equilibrium Condensation of Vapour on the Pressure Wave Produced by the Collapse of a Bubble in a Liquid // J. Fluid Mech. 1980. V. 97. P. 481.

  26. Десятов А.В., Ильмов Д.Н., Кубышкин А.П., Черкасов С.Г. Математическое моделирование эволюции одиночного сферического парового пузырька на основе гомобарической модели // ТВТ. 2011. Т. 49. № 3. С. 436.

  27. Wu C.C., Roberts P.H. A Model of Sonoluminescence // Proc. R. Soc. Lond. A. 1994. V. 445. P. 323.

  28. Nigmatulin R.I., Akhatov I.Sh., Topolnikov A.S., Bolotnova R.Kh., Vakhitova N.K., Lahey Jr., Taleyarkhan R.P. The Theory of Supercompression of Vapor Bubbles and Nano-Scale Thermonuclear Fusion // Phys. Fluids. 2005. V. 17. P. 107106.

  29. Rayleigh L. On the Pressure Developed in a Liquid on a Collapse of a Spherical Cavity // Phylos. Mag. 1917. V. 34. № 200. P. 94.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплофизика высоких температур

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал