×

用边界积分法模拟两弯曲刚性板之间的三维气泡动力学。 (英语) Zbl 1464.76201号

小结:气泡在固体边界附近崩塌时,形成高速液体射流。射流的形成既有优点也有缺点,因为它会对附近的叶轮机械造成侵蚀和损坏,并可有益地应用于表面清洁、流体泵送等。本文采用边界积分法(BIM)模拟了两个弯曲刚性板之间的三维气泡振荡。在板之间的不同位置启动气泡,以研究偏心对气泡形状、射流形成等的影响。在射流发展过程中,在气泡表面实施改进的拉普拉斯平滑技术,以减少元件变形。利用Rayleigh-Plesset方程和可用的实验数据验证了新模型。研究发现,随着气泡水平远离质心,射流速度增加,射流数量从两个减少到一个。当气泡在水平轴对称线上被激发时,射流是水平的。然而,当气泡靠近其中一个平板时,喷射方向会发生变化。最后,为了更好地解释结果,提供了气泡周围流体的压力场和速度场。

MSC公司:

76T10型 液气两相流,气泡流
76M15型 边界元方法在流体力学问题中的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Chahine,G.L。;卡帕希,A。;Choi,J.K。;Xiao,C.T.,通过空化气泡动力学和坍塌对表面清洁进行建模,超声波声化学,29,528-549(2016)
[2] Rayleigh,L.,《关于球形空腔坍塌时液体中产生的压力》,Lond Edib Dublin Philos Mag,34,200,94-98(1917)
[3] Song,W.D。;Hong,M.H。;卢克扬丘克,B。;Chong,T.C.,用于固体表面清洁的激光诱导空化气泡,《应用物理学杂志》,95,62952-2956(2004)
[4] 欧姆、电流密度。;阿罗拉,M。;伊金克·R。;德容,N。;Versluis,M。;Delius,M。;Lohse,D.,从喷射空化气泡中发出的声音,Biophys J,91,4285-4295(2006)
[5] 劳特伯恩,W。;Kurz,T.,《气泡振荡的物理》,《物理学报》,第73期,第10期,第106501页(2010年)
[6] 布雷克·J·R。;Gibson,D.C.,《边界附近的空化气泡》,《流体力学年鉴》,第19卷,第99-123页(1987年)
[7] 普莱塞特,M.S。;Chapman,R.B.,《固体边界附近初始球形蒸汽腔的坍塌》,《流体力学杂志》,47,2,283-290(1971)
[8] 布雷克·J·R。;基恩,G.S。;Tong,R.P。;Wilson,M.,《声空化:非球形气泡的流体动力学》,Philos Trans R Soc Lond Ser A,357,251-267(1999)·Zbl 1013.76074号
[9] 里瓦斯,D.F。;斯特里克,L。;Zijlstra,A.G。;Gardeniers,H.J。;Lohse,D。;Prosperetti,A.,《超声波人工成核气泡及其声化学自由基生成》,《超声波声化学》,20,1,510-524(2013)
[10] Leslie,T.A。;Kennedy,J.E.,《高强度聚焦超声原理、当前用途和未来潜力》,《超声Q》,22,4,263-272(2006)
[11] Delius,M。;Denk,R。;伯丁,C。;利比奇,H.G。;乔丹,M。;Brendel,W.,《冲击波的生物效应:仔猪肝脏中冲击波的空化作用》,《超声医学生物学》,16,5,467-472(1990)
[12] Klaseboer,E。;方,S.W。;Turangan,C.K。;Khoo,B.C。;Szeri,A.J。;Calvisi,M.L。;桑金,G.N。;Zhong,P.,碎石机冲击波与单个惯性空化气泡的相互作用,流体力学杂志,593,33-56(2007)·Zbl 1151.76332号
[13] Iloreta,J.I。;新墨西哥州冯。;Szeri,A.J.,碎石机冲击波作用下刚性表面附近气泡的动力学。第1部分。入射波和反射波之间干扰的后果,J Fluid Mech,616,43-61(2008)·Zbl 1168.76060号
[14] Calvisi,M.L。;Iloreta,J.I。;Szeri,A.J.,碎石机冲击波作用下刚性表面附近气泡的动力学。第2部分。反射激波加剧非球形空化溃灭,《流体力学杂志》,61663-97(2008)·Zbl 1168.76059号
[15] Leighton,T.G。;费德勒,F。;科尔曼,A.J。;McCarthy,C。;Ryves,S。;Hurrell,A.M。;De Stefano,A。;White,P.R.,用于实时监测冲击波碎石治疗效果的被动声学设备,《超声医学生物学》,34,10,1651-1665(2008)
[16] Jamaluddin,A.R。;鲍尔,G.J。;图兰根,C.K。;Leighton,T.G.,《冲击波碎石术诱导空化的单个气泡破裂和远场声发射近似值》,《流体力学杂志》,677305-341(2011)·Zbl 1241.76347号
[17] 弗伦德,J.B。;舒克拉,R.K。;Evan,A.P.,冲击诱导气泡喷射到粘性流体中并应用于冲击波碎石术中的组织损伤,《Acoust Soc Am杂志》,126,5,2746-2756(2009)
[18] 罗伯茨,W.W。;霍尔,T.L。;艾夫斯,K。;Wolf,J.S。;Fowlkes,J.B。;Cain,C.A.,《脉冲空化超声:兔肾脏可控组织消融(组织切片术)的非侵入性技术》,《Urol杂志》,175,2734-738(2006)
[19] 库西奥斯,C.C。;Roy,R.A.,《声学和空化在无创治疗和药物输送中的应用》,《流体力学年鉴》,40,395-420(2008)·Zbl 1214.76013号
[20] 柯蒂斯,G.A。;Leppinen,D.M。;王秋霞。;Blake,J.R.,组织层附近的超声空化,《流体力学杂志》,730,245-272(2013)·兹比尔1291.76057
[21] Leighton,T。;费德勒,F。;科尔曼,A。;麦卡锡,C。;Jamaluddin,A。;图兰根,C。;球,G。;Ryves,S。;Hurrell,A。;De Stefano,A。;White,P.,《用于实时监测冲击波碎石效果的被动声学设备的开发》,水声学,11,159-180(2008)
[22] Suslick,K.S.,《声化学,科学》,247,4949,1439-1445(1990)
[23] Leighton,T.G.,声空化中的气泡布居现象,超声声化学,2,2,123-136(1995)
[24] 伯金,P.R。;Leighton,T.G。;Watson,Y.E.,《利用声电化学研究整流扩散》,《超声波声化学》,11,3-4,217-221(2004)
[25] Bulat,T.J.,《工业中的宏观超声》:3。超声波清洗,超声波,12,2,59-68(1974)
[26] Wijngaarden,L.V.,《关于水中大量气泡的集体崩塌》,(第十一届国际应用力学大会论文集。第十一届应用力学国际大会论文集,柏林(1964),施普林格),854-861
[27] 米西耶,V。;Proost,J.,空化引起的兆声波表面清洁过程中球形气泡坍塌时的冲击波发射,Ultrason Sonochem,15,4,598-604(2008)
[28] 菲利普,A。;Lauterborn,W.,单个激光产生气泡的空化侵蚀,流体力学杂志,361,75-116(1998)·Zbl 0925.76012号
[29] Morch,K.A.,空腔群动力学和空化侵蚀,(ASME空化和多相流论坛论文集(1981)),1-10
[30] Chahine,G.L.,《云空化:理论》,(《第十四届海军流体动力学研讨会论文集》,密歇根州安娜堡(1983),国家科学院出版社),165-194年
[31] Chahine,G.L。;刘海林,过热液体中气泡团簇生长的奇异摄动理论,流体力学杂志,156257-279(1985)·Zbl 0586.76164号
[32] Chahine,G.L。;Duraiswami,R.,《多气泡云中的动力相互作用》,ASME流体工程杂志,114,4680-686(1992)
[33] 马,J。;肖,C.T。;Chahine,G.L.,《墙壁附近气泡云动力学的Euler-Lagrange模拟》,J Fluids Eng,137,14,Article 041301 pp.(2015)
[34] 梅廷,R。;弗罗姆霍尔德,体育。;Xi,X。;Cegla,F。;奥科恩·施密特,H。;Lippert,A。;Holsteyns,F.,《声波气泡:与粘附在固体基底上的粒子的控制和相互作用》,《固态苯酚》,195,161-164(2013)
[35] 王,C。;Khoo,B.C.,三维爆炸气泡的间接边界元法,《计算物理杂志》,194,451-480(2004)·Zbl 1100.76542号
[36] 李·T。;王,S。;李,S。;Zhang,A.M.,基于FVM和VOF的水下爆炸气泡数值研究,Appl Ocean Res,74,49-58(2018)
[37] 秦,Z。;Alehossein,H.,空化泡溃灭过程中的传热,Appl Therm Eng,105,1067-1075(2016)
[38] 库库维尼,P。;Gavaise,M。;Supponen,O。;Farhat,M.,重力作用下溃灭气泡的数值模拟,《物理流体》,28,第032110页,(2016)
[39] 科查,M。;Lechnerb,C。;路透社,F。;Köhlera,K。;梅蒂纳,R。;Lauterborna,W.,使用开放式泡沫的有限体积和流体体积法对激光产生的空化气泡进行数值模拟,计算流体,126,71-90(2016)·Zbl 1390.76461号
[40] 贝斯特,J.P。;Kucera,A.,《非球形反弹气泡的数值研究》,《流体力学杂志》,245137-154(1992)·Zbl 0825.76472号
[41] 布雷克·J·R。;泰布,B.B。;Doherty,G.,《边界附近的瞬态空腔:第1部分刚性边界》,《流体力学杂志》,170,47-497(1986)·Zbl 0606.76050号
[42] 布雷克·J·R。;Gibson,D.C.,自由表面附近蒸汽腔的增长和崩溃,流体力学杂志,111123-140(1981)
[43] 卢卡,G。;Prosperetti,A.,《非球形空化气泡动力学的数值方法》(第二届国际学术讨论会论文集《滴和气泡》,蒙特雷。第二届世界学术讨论会文献集《滴与气泡》,加利福尼亚州蒙特雷,82-7(1982),JPL出版物),175-181
[44] 布雷克·J·R。;Taib,B.B。;Doherty,G.,《边界附近的瞬态空腔》,第2部分。自由表面,流体力学杂志,181197-212(1987)
[45] Chahine,G.L。;Perdue,T.O.,《结构附近非稳态大气泡三维行为的模拟》(水滴和气泡会议录:第三届国际学术讨论会,197(1990),AIP出版社),188-199
[46] Wilkerson,S.A.,《三维水下爆炸气泡动力学的边界积分方法》(1990年),约翰霍普金斯大学:约翰霍普金大学,马里兰州巴尔的摩
[47] 皮尔逊,A。;布雷克·J·R。;Otto,S.R.,《气泡中的喷气机》,《工程数学杂志》,48,391-412(2004)·Zbl 1041.76506号
[48] Brujan,E.A。;基恩,G.S。;沃格尔,A。;Blake,J.R.,《刚性边界附近空化气泡崩溃的最后阶段》,《物理流体》,14,1,85-92(2002)·Zbl 1184.76072号
[49] Lindner,J.R.,《医学成像中的微气泡:当前应用和未来方向》,《Nat Rev Drug Discov》,第3、6、527-533页(2004年)
[50] Lenoir,M.,泡沫破裂时形成的高速射流参数的计算,《应用机械技术物理杂志》,20,3,333-337(1979)
[51] 布雷克·J·R。;Hooton,医学博士。;罗宾逊,P.B。;Tong,P.R.,坍塌空腔、环形气泡和射流冲击,Philos Trans R Soc Lond A,355,537-550(1997)·Zbl 0893.76009号
[52] Szeri,A.J。;斯托里,B.D。;皮尔逊,A。;Blake,J.R.,《非球形气泡剧烈破裂期间的热量和质量传递》,《物理流体》,第15期,第2576-2586页(2003年)·Zbl 1186.76512号
[53] 李,Z。;Sun,L。;宗,Z。;Dong,J.,靠近自由表面的非球形气泡的一些动力学特征,《机械学报》,2232331-2355(2012)·Zbl 1307.76078号
[54] 李振瑞。;Sun,L。;宗,Z。;Dong,J.,模拟自由表面附近非球形气泡及其相互作用的边界元方法,机械学报,28,1,51-65(2012)·Zbl 1288.76051号
[55] 王秋霞,气泡剧烈运动的数值模拟,物理流体,16,5,1610-1619(2004)·Zbl 1186.76577号
[56] 王秋霞,《斜壁附近气泡的演化》,《计算流体动力学》,第12期,第29-51页(1998年)·Zbl 0912.76064号
[57] Zhang,Y.L。;Yeo,K.S。;Khoo,B.C。;Chong,W.K.,自由表面附近气泡的三维计算,计算物理杂志,146,105-123(1998)·Zbl 0913.76053号
[58] Jayaprakash,A。;肖,C.T。;Chahine,G.,《火花生成气泡与垂直壁相互作用的数值和实验研究》,《流体工程杂志》,134,3,第031301页,(2010),12页)
[59] Chahine,G.L。;Prabhukumar,S。;Duraiswami,R.,《圆柱体附近的气泡动力学:ONR SNAY/Goertner气泡基准问题的三维边界元模拟》,(第六十七届冲击与振动研讨会论文集,加利福尼亚州蒙特雷(1996年11月))
[60] 王,C。;Khoo,B.C。;Yeo,K.S.,3D bim模拟的弹性网格技术及其在水下爆炸气泡动力学中的应用,计算流体,32,1195-1212(2003)·Zbl 1140.76386号
[61] Klaseboer,E。;洪,K.C。;王,C。;Wang,C.W。;Khoo,B.C。;博伊斯,P。;Debono,S。;Charlier,H.,弹性/刚性结构附近水下爆炸气泡动力学的实验和数值研究,《流体力学杂志》,537387-413(2005)·Zbl 1138.76303号
[62] 张,A.M。;姚晓乐。;Li,J.,《水下爆炸气泡与弹塑性结构的相互作用》,《应用海洋研究》,第30期,第159-171页(2008年)
[63] 张,A.M。;姚晓乐。;Yu,X.B.,三维水下爆炸气泡动力学,J Sound Vib,311,31196-1212(2008)
[64] Chahine GL,Harris G.多循环水下爆炸气泡模型。第一部分:自由场泡沫问题的理论和验证示例。美国海军水面作战中心印度总部,报告IHCR1998;98-64.
[65] Wang,Q.X.,可压缩流体中水下爆炸的非球形气泡动力学,Phys Fluids,25,文章0721042659 pp.(2013)·Zbl 1320.76116号
[66] 张,A.M。;Ni,B.Y.,《粘性气泡运动和变形的三维边界积分模拟》,计算流体,92,22-33(2014)·Zbl 1391.76786号
[67] Manmi,K。;Wang,Q.,具有粘性效应的声学微气泡动力学,超声声化学,36,427-436(2017)
[68] Chahine,G.L。;Bovis,A.,双液界面附近空化气泡的振荡和坍塌,(Lauterborn,W.,《水下声学中的空化和不均匀性》(1980),Springer-Verlag:Springer-Verlag New York),23-29
[69] 王秋霞。;Manmi,K.,《高强度超声波作用下壁附近三维微气泡动力学》,《物理流体》,第26、3期,第032104页,(2014)·Zbl 1321.76056号
[70] 王,Q。;Manmi,K。;Calvisi,M.L.,使用边界积分法对超声造影剂微泡的三维动力学进行数值模拟,《物理流体》,27,第022104页,(2015)·Zbl 1326.76118号
[71] 姚晓乐。;张,A.M。;Liu,Y.C.,两个三维爆炸气泡的相互作用,海洋科学应用杂志,6,2,12-18(2007)
[72] 黄,X。;张,A.M。;刘永乐,基于双快速多极边界元法的气炮阵列气泡动力学研究,海洋工程,124157-167(2016)
[73] 门德斯,N。;Gonzalez-Cinca,R.,用边界元法对气泡动力学的数值研究,《物理学报》,327,012028,1-9(2011)
[74] Zhang,Y.L。;Yeo,K.S。;Khoo,B.C。;Wang,C.,3D射流冲击和环形气泡,《计算物理杂志》,166,336-360(2001)·Zbl 1030.76040号
[75] 张,A.M。;Liu,Y.L.,基于边界元法的改进三维气泡动力学模型,计算物理杂志,294208-223(2015)·Zbl 1349.76420号
[76] 邓肯,J.H。;密里根,C.D。;Zhang,S.G.,《关于气泡和水下柔性结构之间的相互作用》,J Sound Vib,197,1,17-44(1996)
[77] 宗,Z。;王建新。;周波,L。;Zhanga,G.Y.,气泡动力学与沉水或浮式结构物的完全非线性3D相互作用,《应用海洋研究》,53,236-249(2015)
[78] 吴,W.B。;Liu,Y.L。;Zhang,A.M.,三维气泡生长和脱离的数值研究,海洋工程,138,86-104(2017)
[79] 张,A.M。;NI,B.Y。;Song,B.Y。;YAO,X.L.,窄流场中气泡破裂现象的数值模拟,Appl Math Mech Engl,31,4(2010),499-460·Zbl 1378.76014号
[80] 库塞拉,A。;Blake,J.R.,《边界附近空化气泡建模的近似方法》,Bull Aust Math Soc,41,1-44(1990)·Zbl 0673.76017号
[81] Ni,B.Y。;张,A.M。;王秋霞。;Wang,B.,《窄管内气泡生长和破裂的实验和数值研究》,机械学报,28,5,1248-1260(2012)
[82] Mehran,S。;Rouhi,S。;Rouzbahani,F。;Haghgoo,E.,《无浮力条件下垂直刚性圆柱体内蒸汽气泡的动力学》,《国际机械与机械工程师杂志》,4,3,304-309(2010)
[83] 肖,C.T。;Choi,J.K。;辛格,S。;Chahine,G.L。;海伊,T.A。;伊林斯基,Y.A。;Zabolotskaya,E.A。;汉密尔顿,M.F。;桑金,G。;袁,F。;Zhong,P.,《生物医学应用中两个平行板之间的单个和串联气泡动力学建模》,《流体力学杂志》,716137-170(2013)·Zbl 1284.76372号
[84] 小笠原,T。;津保,N。;Seki1,H。;Shigaki,Y。;Takahira,H.,《刚性壁之间中心气泡破裂的实验和数值研究》,J Phys Conf Ser,656,012031,1-4(2015)
[85] Ishida H、Nuntadusit C、Kimoto H、Nakagawa T、Yamamoto T。固体边界附近的空化气泡行为。http://resolver.caltech.edu/cav2001:sessionA5.0032001。
[86] 刘,B。;蔡,J。;Huai,X.,两平行加热壁之间空化气泡增长和破裂的传热,国际热质传递,78,830-838(2014)
[87] Dawoodian,M。;Dadvand,A。;Nematollahi,A.,使用组合边界元有限差分法模拟垂直圆柱体中有孔板附近的气泡动力学,Eng Anal Bound Elem,59187-197(2015)·Zbl 1403.76183号
[88] A.布鲁扬。;Takahira,H。;Ogasawara,T.,坍塌空泡中的平面射流,实验热流体科学,101,48-61(2019)
[89] 莫鲁迪,G。;Dadvand,A。;Dawoodian,M。;Saleki-Heaslghoubi,N.,凸面刚性板孔附近瞬态气泡的振动,Eng-Ana Bound Elem,103,51-65(2019)·Zbl 1464.76102号
[90] Saleki-Haselghoubi,N。;Dadvand,A.,用边界元法模拟弯曲刚性板圆孔附近的气泡动力学振荡,海洋工程,151,12-22(2018)
[91] Y.富田。;罗宾逊,P.B。;Tong,R.P。;Blake,J.R.,弯曲刚性边界附近空化气泡的增长和崩溃,《流体力学杂志》,466259-283(2002)·Zbl 1152.76313号
[92] 罗伊,M。;Sikarwar,B.S。;班德瓦尔,M。;Ranjan,P.,狭窄动脉中血流的建模,《计算机科学学报》,115,821-830(2017)
[93] Lia,M.X。;比奇·布兰特,J.J。;约翰·L·R。;霍斯金斯,P.R。;Easson,W.J.,不同狭窄程度下脉动血流和血管壁力学的数值分析,生物医学杂志,40,3715-3724(2007)
[94] 普莱塞特,M.S。;Prosperetti,A.,《气泡动力学与空化》,《流体力学年鉴》,第9期,第145-185页(1977年)·Zbl 0418.76074号
[95] Brennen,C.E.,空化和气泡动力学(1995),牛津大学出版社:牛津大学出版社纽约
[96] Dong,C.I。;王国忠,三角网格曲率估计,浙江大学学报,6,1,128-136(2005)·Zbl 1086.65009号
[97] Ohtake,Y。;贝尔亚耶夫,A。;Bogaevski,I.,网格正则化和自适应平滑,计算机辅助设计,33789-800(2001)
[98] Rypl,D。;Nerad,J.,三角形各向同性三维曲面网格的保体积平滑,Adv Eng Softw,101,3-26(2016)
[99] Bjerknes,V.F.K.,《力场:数学物理讲座课程》(1905年),哥伦比亚大学出版社
[100] 叶,X。;姚,X。;Han,R.,刚性壁附近声场中空化气泡的动力学,海洋工程,109,507-516(2015)
[101] Benjamin,T.B。;Ellis,A.T.,空化气泡的坍塌及其对固体边界产生的压力,Philos Trans R Soc Lond Ser A,260221-240(1966)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。