Estudio numérico de la dinámica de nubes de burbujas impulsadas acústicamente cerca de una pared rígida

Se estudia la dinámica de una nube de burbujas excitada por un campo de presión sinusoidal cerca de una pared rígida utilizando un nuevo modelo de flujo bifásico euleriano/lagrangiano. Se investigan los efectos de parámetros clave como la amplitud y la frecuencia de la presión de excitación, el tamaño de la nube y de las burbujas, la fracción de vacío y la distancia inicial de separación sobre el comportamiento colectivo de las burbujas y las cargas de presión resultantes sobre la pared cercana. El estudio muestra que la dinámica no lineal de las nubes de burbujas se acentúa y da lugar a una mayor carga de presión en la pared a medida que aumenta la amplitud de la presión de excitación. El comportamiento colectivo más fuerte de las burbujas se produce en una frecuencia de resonancia preferida. En esta frecuencia de resonancia, los picos de presión de órdenes de magnitud superiores a la presión de excitación resultan de la interacción de las burbujas cuando la amplitud de la presión de excitación es alta. La frecuencia de resonancia obtenida numéricamente es significativamente diferente de la frecuencia natural reportada de una nube esférica derivada de la teoría lineal, que asume oscilaciones de pequeña amplitud en un medio no limitado. A altas amplitudes de la excitación, la frecuencia de resonancia disminuye casi linealmente con la relación entre la amplitud de la presión de excitación y la presión ambiental hasta que la relación es mayor que uno.