超声波作用下气泡的非线性振动

气泡广泛存在于自然界和工程应用中, 由于其往往不是孤立存在的, 在多气泡耦合作用下会出现更为复杂有趣的气泡动力学现象和射流行为. 近刚性边界水下脉动气泡在坍塌过程中会产生朝向结构的高速射流, 严重威胁结构的局部强度安全. 通过多气泡耦合作用能够调控气泡的坍塌模式、射流方向和砰击速度, 其中异相双气泡耦合作用下形成的射流增强效应有着广阔的应用前景. 本文联合气泡动力学理论和边界积分法, 建立了近刚性壁面异相双气泡非线性耦合数值模型, 能够准确模拟气泡的初生、膨胀、坍塌和射流等动力学行为, 并预报双气泡的耦合方式和坍塌模式, 数值计算结果很好地再现了实验中的气泡动力学行为, 验证了模型的有效性.
然后, 系统研究了较大参数空间内的双气泡耦合动力学行为, 着重分析了射流增强效应, 并借助压力场、速度场等信息揭示了其中的力学机理. 研究发现, 气泡延迟生成时间τ极大地影响了双气泡耦合射流增强程度, 近壁面气泡的射流砰击速度随τ的增大先增大再减小, 在τ = 2附近达到极大值, 并得到了有效的射流增强参数区间. 旨在为多发水下爆炸武器的攻击策略及其它多气泡相关领域提供理论支撑.