Импульсное воздействие на коллапс кавитационного пузырька

Обложка

Цитировать

Полный текст

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.

Об авторах

А. А. Аганин

Институт механики и машиностроения – ОСП ФГБУН “Федеральный
исследовательский центр “Казанский научный центр РАН”

Email: aganin_aa@imm.knc.ru
Россия, Казань

Н. А. Хисматуллина

Институт механики и машиностроения – ОСП ФГБУН “Федеральный
исследовательский центр “Казанский научный центр РАН”

Email: nailya_hism@mail.ru
Россия, Казань

Р. И. Нигматулин

Институт механики и машиностроения – ОСП ФГБУН “Федеральный
исследовательский центр “Казанский научный центр РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: nailya_hism@mail.ru
Россия, Казань

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 файлы


© А.А. Аганин, Н.А. Хисматуллина, Р.И. Нигматулин, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».