Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu lý thuyết về động lực học bọt dưới điều kiện biên hỗn hợp và nhiều bọt sử dụng phương trình thống nhất
Tóm tắt
Bài báo này nhằm mục đích sử dụng phương trình động lực học bọt thống nhất để nghiên cứu hành vi của bọt trong các kịch bản phức tạp liên quan đến biên bề mặt tự do/hàn và sự tương tác giữa nhiều bọt. Tác động của sự di chuyển của điểm kỳ dị lên dạng của phương trình thống nhất được phân tích sau khi suy diễn phương trình dao động bọt bằng cách sử dụng nguồn điểm chuyển động và một cặp cực, tiếp theo là thảo luận về ảnh hưởng của các thuật ngữ liên quan đến tính nén trong quá trình di chuyển lên động lực học bọt. Ngoài ra, nghiên cứu hiện tại xem xét tác động của các biên hỗn hợp, bao gồm biên chéo và biên song song, bằng cách giới thiệu một số bọt phản chiếu hữu hạn cho biên chéo và một số bọt phản chiếu vô hạn cho biên song song. Các thí nghiệm bọt tia lửa và mô phỏng số được thực hiện để kiểm chứng lý thuyết hiện tại. Việc áp dụng phương trình thống nhất trong các tương tác đa bọt được minh họa thông qua việc tính toán một mảng bọt hình cầu chứa hơn 100 bọt khí hóa phân bố đồng đều dưới các điều kiện biên khác nhau. Đỉnh áp suất do cụm bọt gây ra có thể đạt gần gấp hai hoặc thậm chí cao hơn áp suất của một bọt đơn lẻ, làm nổi bật tiềm năng gây hại của cụm bọt khí hóa.
Từ khóa
#động lực học bọt #phương trình thống nhất #biên hỗn hợp #tương tác bọt đa chiều #áp suất cụm bọt #Tài liệu tham khảo
M. R. Loewen, M. A. O’Dor, and M. G. Skafel, J. Geophys. Res. 101, 20759 (1996).
L. Deike, Annu. Rev. Fluid Mech. 54, 191 (2022).
L. M. Watson, J. Werpers, and E. M. Dunham, Geophysics 84, P27 (2019).
A. Nourhani, E. Karshalev, F. Soto, and J. Wang, Research 2020, 7823615 (2020).
D. Lohse, Annu. Rev. Fluid Mech. 54, 349 (2022).
E. Turkoz, A. Perazzo, H. Kim, H. A. Stone, and C. B. Arnold, Phys. Rev. Lett. 120, 074501 (2018).
B. Ji, J. Wang, X. Luo, K. Miyagawa, L. Z. Xiao, X. Long, and Y. Tsujimoto, J. Mech. Sci. Technol. 30, 2507 (2016).
A. D. Stroock, V. V. Pagay, M. A. Zwieniecki, and N. Michele Holbrook, Annu. Rev. Fluid Mech. 46, 615 (2014).
P. A. Carling, M. Perillo, J. Best, and M. H. Garcia, Earth Surf. Process. Landforms 42, 1308 (2017).
Y. Tao, P. Wu, Y. Dai, X. Luo, S. Manickam, D. Li, Y. Han, and P. Loke Show, Chem. Eng. J. 436, 135158 (2022).
E. Stride, and C. Coussios, Nat. Rev. Phys. 1, 495 (2019).
B. Dollet, P. Marmottant, and V. Garbin, Annu. Rev. Fluid Mech. 51, 331 (2019).
J. Rodríguez-Rodríguez, A. Sevilla, C. Martínez-Bazán, and J. M. Gordillo, Annu. Rev. Fluid Mech. 47, 405 (2015).
K. Mukundakrishnan, P. S. Ayyaswamy, and D. M. Eckmann, J. Biomech. Eng. 131, 074516 (2009).
V. B. Veljković, J. M. Avramović, and O. S. Stamenković, Renew. Sustain. Energy Rev. 16, 1193 (2012).
D. Lohse, Phys. Rev. Fluids 3, 110504 (2018), arXiv: 2001.00848.
M. Versluis, B. Schmitz, A. von der Heydt, and D. Lohse, Science 289, 2114 (2000).
R. H. Cole, Underwater Explosions, edited by Dover (Princeton University Press, Princeton, 1948), pp. 3–433.
P. Cui, A. M. Zhang, and S. P. Wang, Phys. Fluids 28, 117103 (2016).
J. Zhang, S. Wang, X. Jia, Y. Gao, and F. Ma, Phys. Fluids 33, 017118 (2021).
J. J. Lyons, M. M. Haney, D. Fee, A. G. Wech, and C. F. Waythomas, Nat. Geosci. 12, 952 (2019).
A. Ziolkowski, G. Parkes, L. Hatton, and T. Haugland, Geophysics 47, 1413 (1982).
K. L. de Graaf, P. A. Brandner, and I. Penesis, Exp. Therm. Fluid Sci. 55, 228 (2014).
D. Wehner, U. P. Svensson, and M. Landrø, J. Acoust. Soc. Am. 147, 1092 (2020).
J. M. Aristoff, and J. W. M. Bush, J. Fluid Mech. 619, 45 (2009).
T. T. Truscott, B. P. Epps, and J. Belden, Annu. Rev. Fluid Mech. 46, 355 (2014).
W. T. Liu, A. M. Zhang, X. H. Miao, F. R. Ming, and Y. L. Liu, J. Fluid Mech. 958, A42 (2023).
C. E. Brennen, Interface Focus. 5, 20150022 (2015).
Y. Liu, D. He, X. Gong, and H. Huang, J. Fluid Mech. 844, 567 (2018).
D. Omata, L. Munakata, S. Kageyama, Y. Suzuki, T. Maruyama, T. Shima, T. Chikaarashi, N. Kajita, K. Masuda, N. Tsuchiya, K. Maruyama, and R. Suzuki, J. Drug Targeting 30, 200 (2022).
L. Rayleigh, London Edinburgh Dublin Philos. Mag. J. Sci. 34, 94 (1917).
M. S. Plesset, J. Appl. Mech. 16, 277 (1949).
A. N. Hicks, Effect of bubble migration on explosion-induced whipping in ships, Technical Report (Naval Ship Research and Development Center, Bethesda, 1970).
J. B. Keller, and M. Miksis, J. Acoust. Soc. Am. 68, 628 (1980).
G. L. Chahine, J. Hydrodyn. 21, 316 (2009).
A. M. Zhang, S. M. Li, P. Cui, S. Li, and Y. L. Liu, Phys. Fluids 35, 033323 (2023), arXiv: 2301.13698.
S. R. Gonzalez-Avila, F. Denner, and C. D. Ohl, Phys. Fluids 33, 032118 (2021).
J. R. Blake, B. B. Taib, and G. Doherty, J. Fluid Mech. 170, 479 (1986).
Q. Wang, J. Fluid Mech. 745, 509 (2014).
Y. Saade, M. Jalaal, A. Prosperetti, and D. Lohse, J. Fluid Mech. 926, A5 (2021), arXiv: 2107.04821.
P. Koukouvinis, M. Gavaises, O. Supponen, and M. Farhat, Phys. Fluids 28, 052103 (2016).
B. H. T. Goh, S. W. Gong, S. W. Ohl, and B. C. Khoo, Int. J. Multiphase Flow 90, 156 (2017).
C. K. Turangan, G. P. Ong, E. Klaseboer, and B. C. Khoo, J. Appl. Phys. 100, 054910 (2006).
E. A. Brujan, K. Nahen, P. Schmidt, and A. Vogel, J. Fluid Mech. 433, 283 (2001).
R. Han, A. Zhang, and Y. Liu, Ocean Eng. 110, 325 (2015).
T. Li, A. M. Zhang, S. P. Wang, G. Q. Chen, and S. Li, Phys. Fluids 31, 092108 (2019).
W. Liang, R. Chen, J. Zheng, X. Li, and F. Lu, Phys. Fluids 33, 067107 (2021).
Y. Tomita, and K. Sato, J. Fluid Mech. 819, 465 (2017).
N. N. Liu, A. M. Zhang, P. Cui, S. P. Wang, and S. Li, Phys. Fluids 33, 106103 (2021).
R. Han, L. Tao, A. M. Zhang, and S. Li, Phys. Fluids 31, 062107 (2019).
R. Chen, W. Liang, J. Zheng, X. Li, and Y. Lin, Phys. Fluids 34, 037105 (2022).
E. Zwaan, S. Le Gac, K. Tsuji, and C. D. Ohl, Phys. Rev. Lett. 98, 254501 (2007).
A. M. Zhang, S. M. Li, P. Cui, S. Li, and Y. L. Liu, Theor. Appl. Mech. Lett. 13, 100438 (2023).
L. Zhang, J. Zhang, and J. Deng, Phys. Rev. E 99, 043108 (2019).
A. A. Doinikov, J. Acoust. Soc. Am. 116, 821 (2007).
K. Maeda, and T. Colonius, J. Fluid Mech. 862, 1105 (2019), arXiv: 1805.00129.
S. Li, P. Cui, S. Zhang, W. Liu, and Y. Peng, China Ocean Eng. 34, 828 (2020).
Q. Wang, M. Mahmud, J. Cui, W. R. Smith, and A. D. Walmsley, Phys. Fluids 32, 053306 (2020).
J. Cui, Z. P. Chen, Q. Wang, T. R. Zhou, and C. Corbett, Ultrason. Sonochem. 64, 104951 (2020).
S. M. Li, Y. L. Liu, Q. Wang, and A. M. Zhang, Phys. Fluids 33, 073310 (2021).
Y. L. Liu, Q. X. Wang, S. P. Wang, and A. M. Zhang, Phys. Fluids 28, 122101 (2016).
S. Zhang, A. M. Zhang, S. P. Wang, and J. Cui, Phys. Fluids 29, 092107 (2017).
A. Kiyama, T. Shimazaki, J. M. Gordillo, and Y. Tagawa, Phys. Rev. Fluids 6, 083601 (2021), arXiv: 2012.00867.
S. M. Li, A. M. Zhang, P. Cui, S. Li, and Y. L. Liu, J. Fluid Mech. 962, A28 (2023).
S. M. Li, A. M. Zhang, Q. X. Wang, and S. Zhang, Phys. Fluids 31, 107105 (2019).
J. R. Blake, and D. C. Gibson, Annu. Rev. Fluid Mech. 19, 99 (1987).
A. Zhang, and B. Y. Ni, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 56, 2162 (2013).
C. Wang, B. C. Khoo, and K. S. Yeo, Comput. Fluids 32, 1195 (2003).
R. Han, A. M. Zhang, S. Tan, and S. Li, J. Fluid Mech. 932, A8 (2022).
S. Li, A. M. Zhang, and R. Han, J. Comput. Phys. 494, 112508 (2023).
Y. L. Liu, A. M. Zhang, Z. L. Tian, and S. P. Wang, Phys. Fluids 31, 092111 (2019).
N. N. Liu, A. M. Zhang, Y. L. Liu, and T. Li, Phys. Fluids 32, 046107 (2020).
L. Wang, Z. Zhang, and S. Wang, Appl. Ocean Res. 59, 183 (2016).
Q. Zeng, S. R. Gonzalez-Avila, and C. D. Ohl, J. Fluid Mech. 896, A28 (2020).
Q. Zeng, S. R. Gonzalez-Avila, R. Dijkink, P. Koukouvinis, M. Gavaises, and C. D. Ohl, J. Fluid Mech. 846, 341 (2018).
C. Lechner, W. Lauterborn, M. Koch, and R. Mettin, Phys. Rev. Fluids 5, 093604 (2020), arXiv: 2005.05733.
A. Zhang, P. Sun, and F. Ming, Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 294, 189 (2015).
M. K. Li, A. M. Zhang, Y. X. Peng, and F. R. Ming, J. Comput. Phys. 458, 111106 (2022).
M. Vassholz, H. P. Hoeppe, J. Hagemann, J. M. Rosselló, M. Osterhoff, R. Mettin, T. Kurz, A. Schropp, F. Seiboth, C. G. Schroer, M. Scholz, J. Möller, J. Hallmann, U. Boesenberg, C. Kim, A. Zozulya, W. Lu, R. Shayduk, R. Schaffer, A. Madsen, and T. Salditt, Nat. Commun. 12, 3468 (2021).
I. Akhatov, O. Lindau, A. Topolnikov, R. Mettin, N. Vakhitova, and W. Lauterborn, Phys. Fluids 13, 2805 (2001).
J. M. Rosselló, and C. D. Ohl, Phys. Rev. Lett. 127, 044502 (2021).
J. Wang, H. Li, W. Guo, Z. Wang, T. Du, Y. Wang, A. Abe, and C. Huang, J. Fluid Mech. 919, A42 (2021).
A. Dadvand, B. C. Khoo, M. T. Shervani-Tabar, and S. Khalilpourazary, Eng. Anal. Bound. Elem. 36, 1595 (2012).
D. Obreschkow, P. Kobel, N. Dorsaz, A. de Bosset, C. Nicollier, and M. Farhat, Phys. Rev. Lett. 97, 094502 (2006), arXiv: physics/0610166.
Y. Sun, Z. Yao, H. Wen, Q. Zhong, and F. Wang, Phys. Fluids 34, 073314 (2022).
C. F. Hung, and J. J. Hwangfu, J. Fluid Mech. 651, 55 (2010).
S. M. Li, A. M. Zhang, and N. N. Liu, Theor. Appl. Mech. Lett. 11, 100311 (2021).
M. Lee, E. Klaseboer, and B. C. Khoo, J. Fluid Mech. 570, 407 (2007).
Q. X. Wang, and J. R. Blake, J. Fluid Mech. 659, 191 (2010).
J. Ma, C. T. Hsiao, and G. L. Chahine, Ultrason. Sonochem. 40, 944 (2018).
J. Best, The Dynamics of Underwater Explosions, Dissertation for the Doctoral Degree (University of Wollongong, Wollongong, 1991), pp. 1–257.
Z. L. Tian, Y. L. Liu, A. M. Zhang, and L. Tao, Ocean Eng. 196, 106714 (2020).
Q. X. Wang, Phys. Fluids 25, 072104 (2013).
C. Wang, and B. C. Khoo, J. Comput. Phys. 194, 451 (2004).