Dynamics of Bubbles in a Spherical Cluster under Increasing Liquid Pressure

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The response of gas (air) bubbles in a spherical cluster to an increase in the pressure of the surrounding liquid (water) is considered. Consideration is carried out only until a bubble in the cluster disintegrates or collides with another bubble. The influence of the amplitude of the increase in the liquid pressure, as well as the position of the bubbles in the cluster and the interaction between the bubbles, is studied. The centers of the cluster bubbles are located at the nodes of a cubic grid, one of which is in the center of the cluster. The effect of the interaction of bubbles is assessed by comparison with the response of a single bubble. The cluster consists of 123 bubbles, the liquid pressure is 1 bar. Initially, the bubbles are spherical with a radius of 0.1 mm, the cluster radius is about 3 mm. A discrete model is used, in which, together with the radial oscilations of bubbles, their movements in the liquid and their small deformations are also modeled. It is established that the maximum pressure in the bubbles, reached before the destruction or collision of any of them, is realized when the liquid pressure increases by 10 bar and turns out to be approximately 6500 times greater than their initial pressure and approximately 30 times greater than the response of a single bubble.

作者简介

R. Nigmatulin

Institute of Mechanics and Mechanical Engineering, Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: aganel@gmail.com
Kazan, Russia

A. Aganin

Institute of Mechanics and Mechanical Engineering, Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: aganel@gmail.com
Kazan, Russia

I. Aganin

Institute of Mechanics and Mechanical Engineering, Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: aganel@gmail.com
Kazan, Russia

A. Davletshin

Institute of Mechanics and Mechanical Engineering, Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: aganel@gmail.com
Kazan, Russia

参考

  1. Escaler X., Egusquiza E., Farhat M., Avellan F., Coussirat M. Detection of Cavitation in Hydraulic Turbines // Mech. Syst. Signal Pr. 2006. V. 20 № 4. P. 983.
  2. Van Terwisga T.J.C., van Wijngaarden H.C.J., Bosschers J., Kuiper G. Cavitation Research on Ship Propellers a Review of Achievements and Challenges // CAV 2006: 6th Int. Symp. on Cavitation. Wageningen. The Netherlands. 2006. Rep. 1543-P.
  3. Hubballi B.V., Sondur V.B. Review on the Prediction of Cavitation Erosion Inception in Hydraulic Control Valves // Int. J. Emerging Technol. Adv. Eng. 2013. V. 3. № 1. P. 110.
  4. Brennen C.E. Hydrogynamics of Pumps. N.Y.: Concepts NREC and Oxford Univ. Press, 1994. 293 p.
  5. Kieser B., Phillion R., Smith S., McCartney T. The Application of Industrial Scale Ultrasonic Cleaning to Heat Exchangers // Proc. Int. Conf. on Heat Exchanger Fouling and Cleaning. 2011. Crete Island, Greece. P. 336.
  6. Idris A.I.M., Omar R., Idris A. Ultrasonication Effects on Ultrafiltration Membrane Cleaning and Fouling Mitigation // Int. J. Adv. Chem. Eng. Biolog. Sci. (IJACEBS). 2016. V. 3, № 1. P. 151.
  7. 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.
  8. Skorb E.V., Möhwald H. Ultrasonic Approach for Surface Nanostructuring // Ultrason. Sonochem. 2016. V. 29. P. 589.
  9. Choi J., Kim T.-H., Kim H.-Y., Kim W. Ultrasonic Washing of Textiles // Ultrason. Sonochem. 2016. V. 29. P. 563.
  10. Pishchalnikov Y.A., Sapozhnikov O.A., Bailey M.R., Williams J.C., Cleveland R.O., Colonius T., Crum L.A., Evan A.P., McAteer J.A. Cavitation Bubble Cluster Activity in the Breakage of Kidney Stones by Lithotripter Shockwaves // J. Endourology. 2003. V. 17. № 7. P. 435.
  11. Rudenko O.V. Nonlinear Acoustics in Medicine: A Review // Phys. Wave Phen. 2022. V. 30. P. 73.
  12. Averina Yu.M., Moiseeva N.A., Shuvalov D.A., Nyrkov N.P., Kurbatov A.Yu. Cavitation Water Treatment. Properties of Water and Efficiency of Treatment // Adv. Chem. Chem. Technol. 2018. V. 32. № 14. P. 17.
  13. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Т. 1. М.: Наука, 1987. 464 с.
  14. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Т. 2. М.: Наука, 1987. 360 с.
  15. Кедринский В.К. Гидродинамика взрыва: эксперимент и модели. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 434 с.
  16. Аганин А.А., Халитова Т.Ф. Деформация ударной волны при сильном сжатии несферических пузырьков // ТВТ. 2015. Т. 53. № 6. С. 923.
  17. Нигматулин Р.И., Аганин А.А., Ильгамов М.А., Топорков Д.Ю. Экстремальная фокусировка энергии при ударном сжатии парового пузырька в углеводородных жидкостях // ТВТ. 2019. Т. 57. № 2. С. 253.
  18. Chahine G.L. Pressure Generated by a Bubble Cloud Collapse // Chem. Eng. Commun. 1984. V. 28. № 4–6. P. 355.
  19. Brennen C.E. Bubbly Cloud Dynamics and Cavitation // Invited Lecture at the Acoustical Society of America Meeting. June 2007. Salt Lake City, Utah, 2007.
  20. Matsumoto Y. Bubble and Bubble Cloud Dynamics // AIP Conf. Proc. 2000. V. 524. P. 65.
  21. Nigmatulin R.I., Akhatov I.S., Topolnikov A.S., Bolotnova R.K., Vakhitova N.K., Lahey R.T., Taleyarkhan R.P. Theory of Supercompression of Vapor Bubbles and Nanoscale Thermonuclear Fusion // Phys. Fluids. 2005. V. 17. № 10. P. 107106.
  22. Нигматулин Р.И., Лэхи Р.Т. (мл.), Талейархан Р.П., Вест К.Д., Блок Р.С. О термоядерных процессах в кавитирующих пузырьках // УФН. 2014. Т. 184. № 9. С. 947.
  23. Brennen C., Reisman G., Wang Y.-C. Shock Waves in Cloud Cavitation // 21st Symposium on Naval Hydrodynamics. Washington, DC: National Acad. Press, 1997. P. 756.
  24. Reisman G.E., Wang Y.-C., Brennen C.E. Observations of Shock Waves in Cloud Cavitation // J. Fluid Mech. 1998. V. 355. P. 255.
  25. Shimada M., Matsumoto Y., Kobayashi T. Dynamics of the Cloud Cavitation and Cavitation Erosion // Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, B-hen. 1999. V. 65. № 634. P. 1934.
  26. Wang Y.-C. Effects of Nuclei Size Distribution on the Dynamics of a Spherical Cloud of Cavitation Bubbles // J. Fluids Eng. 1999. V. 121. № 4. P. 881.
  27. Губайдуллин А.А., Губкин А.С. Особенности динамического поведения пузырьков в кластере, вызванные их гидродинамическим взаимодействием // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 4. С. 471.
  28. 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. P. 012001.
  29. Aganin I.A., Davletshin A.I. Dynamics of Gas Bubbles Inside a Ball-like Area at the Nodes of a Uniform Cubic Mesh Under Sudden Liquid Pressure Rise // Lobachevskii J. Math. 2020. V. 41. № 7. P. 1148.
  30. Насибуллаева Э.Ш., Ахатов И.Ш. Исследование диффузионной устойчивости пузырьков в кластере // ПМТФ. 2007. Т. 48. № 4. С. 40.
  31. Nasibullaeva E.S., Akhatov I.S. Bubble Cluster Dynamics in an Acoustic Field // JASA. 2013. V. 133. № 6. P. 3727.
  32. Tiwari A., Pantano C., Freund J.B. Growth-and-collapse Dynamics of Small Bubble Clusters near a Wall // J. Fluid Mech. 2015. V. 775. P. 1.
  33. Aganin A.A., Davletshin A.I. Equations of Interaction of Weakly Non-spherical Gas Bubbles in Liquid // Lobachevskii J. Math. 2018. V. 39. № 8. P. 1047.
  34. Aganin I.A., Davletshin A.I. Dynamics of Spherical Gas Bubbles in a Cluster Under an Increase in the Surrounding Liquid Pressure // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1923 P. 012010.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (140KB)
3.

下载 (108KB)
4.

下载 (120KB)
5.

下载 (107KB)
6.

下载 (44KB)
7.

下载 (72KB)
8.

下载 (104KB)

版权所有 © Р.И. Нигматулин, А.А. Аганин, И.А. Аганин, А.И. Давлетшин, 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».