水下气泡破裂中的振动与非线性共振

我们利用高速 X 射线相位衬度成像、弱非线性分析和边界积分模拟来表征水下气泡破裂的最终阶段。X 射线成像研究表明，气泡颈形状的初始方位角扰动会引起振荡，从而越来越扭曲横截面形状。这些振荡最终导致掐断（pinch-off），此时气泡表面发展出凹形区域并发生接触，类似于两个液滴聚结时的情形。我们还提出了弱非线性分析，表明这种类聚结的掐断模式发生在初始形状振荡与其产生的高次谐波发生相长干涉时，从而相互增强效应导致气泡破裂。最后，我们展示了数值结果，证实了弱非线性分析的情景，并为观察到的形状反转提供了见解。结果表明，当振荡发生相消干涉时，会产生一种性质截然不同的掐断模式，其中气泡颈的横截面轮廓发展出急剧弯曲的区域。