Моделювання ефекту гідравлічного удару при осциляції одиночної кавітаційної бульбашки
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2022.60.267731Ключові слова:
гідродинамічна кавітація, динаміка бульбашок, стисливість рідини, сферичний гідравлічний удар, акустичний імпульсАнотація
Дослідження виконувалося з метою модифікації моделі динаміки парогазової бульбашки з урахуванням стисливості рідини, що істотно впливає на точність оцінки енергетичних кавітаційних впливів. Теоретичні дослідження кавітаційних процесів спрямовані на розробку моделей динаміки бульбашок, в яких для урахування фактора стисливості застосовуються різні модифікації класичного рівняння Релея - Плесета для нестисливих рідин. Ці дослідження зосереджені на поведінці газової фази всередині бульбашки, тоді процеси в рідині в околиці бульбашки вивчено недостатньо. Вочевидь, що природа кавітаційних ефектів прямо пов’язана із виникненням гідравлічного удару при миттєвій зупинці радіальної течії рідини на поверхні гранично стиснутої бульбашки. В такій постановці динаміка кавітаційних бульбашок досі не розглядалася. Метою даної роботи є дослідження динаміки кавітаційної бульбашок з урахуванням дії сферичного гідроудару. В плані поставленої задачі одержано рівняння динаміки бульбашки, в якому, як параметр, що враховує стисливість, застосовується коефіцієнт адіабатичної стисливості рідини , пов'язаний зі швидкістю звуку в рідині співвідношенням . При рівнянні зводиться до класичного рівняння Релея - Плесета, Наведено результати обчислювального експерименту, в якому досліджено поведінку кавітаційної бульбашки як в стисливій так і в нестисливій воді. Показано, що протягом короткого часу стиснена бульбашка перебуває в стані надкритичного флюїду з температурою до 2000 К і тиском близько 400 МПа, Потенційна енергія стиснутої рідини, у вигляді потужного акустичного імпульсу, що випромінюється на стадії колапсу, безповоротно дисипується в навколишній рідині.
Посилання
Brennen Ch. E. Cavitation and Bubble Dynamics.–N.-Y., Oxford University Press, 1995.–294 p.
Chapman, R.B., Plesset M.S. Thermal effects in the free oscillation of gas bubbles. ASME J. Basic Eng. 1971.–V.93.–P.373–376.
Prosperetti A., Lezzi A. Bubble dynamic in compressible liquid. Part 1. First order theory. /Jour. Fluid Mech. 1986.–V.168.–P. 457–468.
Долинский А.А., Иваницкий Г.К.Тепломассообмен и гидродинамика в паро-жидкостных дисперсных средах.–Киев: Науковадумка, 2008.–381 с.
Teterev A., Misychenko N., Rudak L., Doinikov A. Simulation of radial oscillation of a free and a contrast agent bubble in an ultrasound field. //Computational. Methods in Multiphase Flow IV.–2007.–P.239–249.
Fuster D., Dopazo C., Hauke G. Liquid compressibility effects during the collapse of a single cavitating bubble. //J. Acoust. Soc. Am.–2011.–V.129 (1).–P.122–131.
Ivanitsky G.K., TselenB.Ya., Nedbaylo A.E., Konyk A.V. Modeling the kinetics of cavitation boiling up of liquid. //Фізика аеродисперсних систем.–2019.–No.57, P. 136–146.
Wang Ch., Wang G., Huang B. Characteristics and dynamics of compressible cavitating flows with special emphasis on compressibility effects //Int. Journ. of Multiphase Flow.–2020.–V.30, September.–03357.
Wang Q., Liu W., Corbett C., Smith W.R.Microbubble dynamics in a viscous compressible liquid subject to ultrasound. // Physics of Fluids.–2022.–V.34, No 1.–012105.
Han Y., Shi W., Xu H.,Wang J., Zhou L. Effects of Closing Times and Laws on Water Hammer in a Ball Valve Pipeline //Water.–2022.–V. 14.–P. 1497–1513.
Ivanitsky G.K., Avdeyeva L.Y., Makarenko A.A. Using the effects of hydrodynamic cavitation for purposeful dynamical action on the supramolecular structures. // Фізика аеродисперсних систем.–2016.–No.53, P. 142–151
Li M., Bussonnière A., Bronson M., XuZh., Liu Q. Study of Venturi tube geometry on the hydrodynamic cavitation for the generation of microbubbles . //Minerals Engng.–2019.–V.132.–P. 268–274
ИваницкийГ.К.Наномасштабныеэффектывпроцессахкавитации. II. Критерий разрушения кавитационных пузырьков // Промышленная теплотехника.–2003.–Т. 25, №5.–С. 5–11.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
