空化场中大气泡对空化泡振动的抑制效应分析

时间:2023-03-19 23:48:42
作者:黄晨阳,李凡,田华,胡静,陈时,王成会,郭建中,莫润阳
关键字:多气泡系统, 次级Bjerknes力, 相互作用
DOI:10.7498/aps.72.20221955
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为探究空化场中多气泡之间的相互作用, 结合观察到的注入大气泡周围飞舞的小气泡的实验现象, 构建了由两个大气泡和一个空化泡组成的三气泡系统, 通过考虑气泡间相互作用的时间延迟效应以及大泡的非球形振动, 得到修正的气泡动力学方程组, 并数值分析了气泡的振动模态、平衡半径、声波压力与频率等参量对小空化气泡的振动行为与所受次级Bjerknes力的影响. 结果表明, 大气泡的非球形效应主要表现为一种近场效应, 对空化泡的振动影响很小, 几乎可以忽略不计. 大气泡可抑制空化泡的振动, 但当大气泡半径接近于共振半径时, 空化泡振动幅值曲线出现共振峰, 即存在耦合共振响应. 大气泡半径越大, 对空化泡抑制作用越强, 当空化泡处在两个毫米级大气泡附近时抑制更加显著. 声波压力与频率不仅直接影响气泡的振动, 还影响空化泡与大气泡之间相互作用的强弱, 表现为空化泡所受的次级Bjerknes力在特定的大气泡半径范围内变得对气泡尺寸变化较为敏感, 即小的大气泡半径变化可能导致明显的力大小变化, 且不同驱动频率下, 空化泡所受次级Bjerknes力的敏感半径分布区间不同. 空化泡受到的次级Bjerknes力在距离较小或者较大时均可能表现为斥力, 与实验观察现象一致. 随着声波压力的增大, 气泡间距影响下的力响应模式可能不同, 甚至可能出现在特定距离内因声反常吸收而导致的作用力减弱现象.

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空化场中大气泡对空化泡振动的抑制效应分析
《空化场中大气泡对空化泡振动的抑制效应分析》
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