Nonlinear void-fraction waves in two-phase bubbly flow

It is shown that nonlinear void-fraction waves constitute exact solutions of the two-fluid equations for bubbly flow, if and only if the virtual-mass coefficientm() is a definite function of the void fraction. In the case of spherical bubbles the functional dependence is given bym()=(1/2)(1–a)(1–3). A similar expression was obtained recently by means of an elaborate linear stability analysis of a uniform two-phase flow. It is remarkable that the greater part of the physical quantities of a nonlinear void-fraction wave depends linearly on. The virtual-mass coefficient may be derived directly from a special form of Hamilton's variational principle.

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Zusammenfassung Es wird gezeigt daß nichtlineare Konzentrationswellen exakte Lösungen der Zweifluiden Gleichungen einer Blasenströmung darstellen dann und nur dann, wenn der Koeffizientm() der virtuellen Masse eine bestimmte Funktion der Volumenkonzentration der Blasen ist. Die funktionelle Abhängigkeit ist im Falle kugelförmiger Blasen gegeben durchm()= (1/2)(1–) (1–3). Ein gleicher Ausdruck wurde neulich mittels einer umständlichen linearen Stabilitätsanalysis einer uniformen Zweiphasen-Strömung erhalten. Es ist bemerkenswert daß der größere Teil der physikalischen Größen einer nichtlinearen Konzentrationswelle in linearer Weise von abhängt. Der Koeffizient der virtuellen Masse kann in direkter Weise von einer speziellen Form des Hamiltonschen Variationsprinzips hergeleitet werden.