Experimental and numerical study on bubble-sphere interaction near a rigid wall
Experimental and numerical study on bubble-sphere interaction near a rigid wall
复制标题
刚性壁附近气泡-球体相互作用的实验与数值研究
DOI：
10.1063/1.4993800
复制
发表时间：
2017-09-01
影响因子：
4.6
通讯作者：
Liu, Y. Q.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, S.;Zhang, A. M.;Liu, Y. Q.
这项研究涉及猛烈振荡的气泡与可移动球之间的相互作用，该球体在刚性壁附近的大小相当，这在许多应用中是一种必不可少的物理现象，例如空化，水下爆炸，超声清洁和生物医学处理。实验是在立方水箱中进行的，并采用水下电排放技术（580 V DC）来产生一种在刚性壁和轴对称构型的球之间启动的气泡。气泡 - 球相互作用是使用以52 000帧/s工作的高速摄像头捕获的。提出了气泡 - 球相互作用的分类，即“弱”，“中间”和“强”相互作用，在最大体积矩时用三种不同的气泡形状识别。在数值模拟中，将边界积分方法和辅助函数方法组合在一起，以建立一个完整的耦合模型，该模型解除了力和球形之间的相互依赖性。在不同实验中，气泡动力学的主要特征由我们的数值模型很好地复制。同时，还提供了压力和速度场来阐明相关机制。两个无量纲的隔离参数的效果，即伽玛（S）（定义为d（s）/r-m，其中d（s）是初始气泡中心和球体表面和r-m之间的最小距离，而r-m是最大气泡半径）和伽玛（W）（W）（定义为d（w）/r-m，d（w），d（w）是初始的距离，也是初始泡泡中心，是距离中心的距离。由AIP出版出版。
This study is concerned with the interaction between a violently oscillating bubble and a movable sphere with comparable size near a rigid wall, which is an essential physical phenomenon in many applications such as cavitation, underwater explosion, ultrasonic cleaning, and biomedical treatment. Experiments are performed in a cubic water tank, and the underwater electric discharge technique (580 V DC) is employed to generate a bubble that is initiated between a rigid wall and a sphere in an axisymmetric configuration. The bubble-sphere interactions are captured using a high-speed camera operating at 52 000 frames/s. A classification of the bubble-sphere interaction is proposed, i.e., “weak,” “intermediate,” and “strong” interactions, identified with three distinct bubble shapes at the maximum volume moment. In the numerical simulations, the boundary integral method and the auxiliary function method are combined to establish a full coupling model that decouples the mutual dependence between the force and t...