Numerical study of acoustically driven bubble cloud dynamics near a rigid wall

Sinimuotoisen painekentän kiihottaman kuplapilven dynamiikkaa lähellä jäykkää seinää tutkitaan uudenlaisella Eulerin/Lagrangen kaksivaiheisen virtauksen mallilla. Tutkitaan keskeisten parametrien, kuten herätepaineen amplitudin ja taajuuden, pilven ja kuplien koon, tyhjätilan osuuden ja alkuperäisen etäisyyden vaikutusta kuplien kollektiiviseen käyttäytymiseen ja siitä aiheutuviin painekuormiin läheisellä seinällä. Tutkimus osoittaa, että epälineaarinen kuplapilvidynamiikka korostuu ja johtaa suurempaan painekuormitukseen seinämässä, kun herätepaineen amplitudi kasvaa. Voimakkain kollektiivinen kuplakäyttäytyminen tapahtuu ensisijaisella resonanssitaajuudella. Tällä resonanssitaajuudella kuplien vuorovaikutuksesta johtuvat painepiikit ovat suuruusluokkia suurempia kuin herätepaine, kun herätepaineen amplitudi on suuri. Numeerisesti saatu resonanssitaajuus eroaa merkittävästi lineaarisen teorian perusteella saadusta pallomaisen pilven ilmoitetusta ominaistaajuudesta, jossa oletetaan pienen amplitudin värähtelyt rajoittamattomassa väliaineessa. Suurilla heräteamplitudilla resonanssitaajuus pienenee lähes lineaarisesti herätepaineen amplitudin ja ympäristön paineen suhteen myötä, kunnes suhde on suurempi kuin yksi.