水液滴内激波诱导空化与波前分析

本研究的目的是对激波与密度不均匀性的相互作用建立基本理解。我们在此考虑平面空气激波撞击球形水滴这一特定情形，并讨论该相互作用在多大程度上可导致液滴内部空化的起始。工作集中于相互作用过程的早期阶段，在此期间传播波前的几何与振幅因折射及随后在液滴界面的内部反射而被改变。该问题通过简单射线理论与二维多相可压缩流体力学代码（ECOGEN）二者进行分析。在射线理论框架内，详细考察了聚焦的发生，并推导了透射波前及其多次内部反射的参数方程。发现射线计算预测的波型与模拟中更精确的数值解极为吻合。特别地，表明内部波前呈现复杂的时间依赖形状，其主导特征是尖点奇点的存在。这些奇点被证明描出作为相关射线系统焦散面的曲面。由折射波能量流密度奇点，推导了与第 $k$ 次反射波前相关联的焦散面的参数方程。作为聚焦过程的结果，模拟显示了内部流场中负压区的形成。这些低压区被识别为可能发生空化的潜在位置，取决于所达压力的大小。最后，数值结果提供了关于负压峰值对入射激波强度的依赖性的定量信息。