惯性空化气泡上初级 Bjerknes 力的解析表达式
流体动力学
2013-02-26 v1
摘要
初级 Bjerknes 力负责声场中径向振荡气泡的快速平移运动。在小振幅振荡的情况下，这是一个经典问题，可以容易地获得该力的解析表达式，并预测亚共振气泡被压力波腹吸引。但对于高振幅声场，气泡经历大振幅非线性振荡，因此在这种情况下没有可用的力的解析表达式。基于物理依据，遵循 Hilgenfeldt 等人的方法 [J. Fluid Mech., 365, 171 (1998)]，对气泡动力学进行了近似，但仔细考虑了表面张力。恢复了气泡最大半径的解析表达式，显著改进了最大膨胀时刻，并给出了坍塌时间的估计。推导出了随时间变化的气泡体积的解析表达式，并以封闭形式获得了 Bjerknes 力。该结果适用于任意形状的声场，包括纯驻波或纯行波，并可直接用于气泡云演化的理论模型中。此外，恢复了大驻波情况下众所周知的 Bjerknes 力符号反转现象，并解析地获得了参数空间中的反转阈值。结果与数值模拟吻合良好，允许对物理参数效应进行定量评估。研究发现，无论是降低表面张力还是增加静压压强，都应导致高振幅压力波腹附近无气泡区域的扩大。
引用
@article{arxiv.1302.5838,
title = {Analytical expressions for primary Bjerknes force on inertial cavitation bubbles},
author = {Olivier Louisnard},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.5838},
year = {2013}
}