Исследование динамики пузырькового кластера

Abstract

The behavior of a single bubble in the compression waves in the group of bubbles may differ from the behavior of a single bubble in the infinite liquid due to the collective hydrodynamic interaction. The mathematical model describing the dynamics of the system of changing radii bubbles in the infinite fluid with its compressibility and viscosity, as well as taking into account the hydrodynamic interaction between bubbles is given. Heat exchange of gas bubbles with liquid is considered within a twotemperature scheme. The expression for the heat flux per unit surface of the bubble which allows to describe a heat exchange of the gas bubbles with liquid in a wide range of pressures and temperatures of the liquid is presented. A numeric simulation of the nonlinear dynamics of various configurations of bubble clusters when subjected to pressure waves is done. The behavior of the single bubble into the group of bubbles under effect of compression waves is studied. It is shown that under certain conditions some bubbles need significant degree of compression, as a consequence, there are high pressures and temperatures. The example of clusters with three nested dodecahedrons of linear cluster shows that the cluster configuration can have a strong influence on its dynamics.

Поведение в волнах сжатия отдельного пузырька в коллективе пузырьков может отличаться от поведения одиночного пузырька в безграничной жидкости за счет коллективного гидродинамического взаимодействия. Приведена математическая модель, описывающая динамику системы пузырьков изменяющихся радиусов в безграничной жидкости с учетом ее сжимаемости и вязкости, а также учитывающая гидродинамическое взаимодействие между пузырьками. Теплообмен газовых пузырьков с жидкостью учтен в рамках двухтемпературной схемы. Приведено выражение для потока тепла к единице поверхности пузырька, позволяющее описывать теплообмен газовых пузырьков с жидкостью в достаточно широком диапазоне значений давлений и температур жидкости. Выполнено численное моделирование нелинейной динамики пузырьковых кластеров различных конфигураций при воздействии на них волны сжатия. Исследовано поведение в волнах сжатия отдельного пузырька в коллективе пузырьков. Показано, что в определенных условиях для некоторых пузырьков достигаются значительные степени сжатия и, как следствие, высокие давления и температуры. На примере кластера из трех вложенных додекаэдров линейного кластера показано, что конфигурация кластера может оказывать сильное влияние на его динамику.