可压缩液体中固体边界附近气泡的射流形成：距离依赖性的数值研究

将一个具有高内压的小球形气泡插入恒定环境压力的水中，作为激光诱导气泡的模型。通过借助开源软件环境 OpenFOAM 数值求解 Navier-Stokes 方程，研究了其随后在平坦固体边界附近的动力学对气泡到边界距离的依赖关系。实现中采用有限体积法对运动方程进行离散化，并采用体积函数法捕捉气泡内部与外部的界面。气泡包含少量非凝结气体，被视为理想气体。液体为服从 Tait 方程的水。在必要处包含了表面张力。给出了归一化距离 $D^* = D/R_{\rm max}$ 在 0 到 3 之间时的气泡形状演化以及部分压力和速度场（$D$ = 气泡中心到边界的初始距离，$R_{\rm max}$ = 气泡在没有任何边界情况下将达到的最大半径）。研究中选取 $R_{\rm max} = 500 \mu$m。在 $0.24 \le D^* \le 3$ 范围内发现了通过轴向流动聚焦形成的常规轴向射流（$\sim 100$ m s$^{-1}$），而对于非常靠近固体边界的气泡（$0 \le D^* \le 0.2$），则转变为通过环形液流碰撞形成的不同类型的轴向射流（$\sim 1000$ m s$^{-1}$）。过渡区域（$0.2 < D^* < 0.24$）的特征是存在额外的内向和外向环形射流。值得注意的是，引入水的粘性对于获得快速射流起决定性作用。