Étude numérique de la dynamique des nuages de bulles à commande acoustique près d’un mur rigide

La dynamique d’un nuage de bulles excité par un champ de pression sinusoïdal près d’un mur rigide est étudiée à l’aide d’un nouveau modèle d’écoulement biphasé eulérien/lagrangien. Les effets de paramètres clés tels que l’amplitude et la fréquence de la pression d’excitation, la taille du nuage et des bulles, la fraction de vide et la distance initiale sur le comportement collectif des bulles et les charges de pression résultantes sur la paroi proche sont étudiés. L’étude montre que la dynamique non linéaire des nuages de bulles devient plus prononcée et entraîne une charge de pression plus élevée sur la paroi lorsque l’amplitude de la pression d’excitation augmente. Le comportement collectif des bulles le plus fort se produit à une fréquence de résonance préférée. À cette fréquence de résonance, des pics de pression de plusieurs ordres de grandeur supérieurs à la pression d’excitation résultent de l’interaction des bulles lorsque l’amplitude de l’excitation de pression est élevée. La fréquence de résonance obtenue numériquement est sensiblement différente de la fréquence naturelle rapportée d’un nuage sphérique dérivée de la théorie linéaire, qui suppose des oscillations de faible amplitude dans un milieu non limité. Aux amplitudes élevées de l’excitation, la fréquence de résonance diminue presque linéairement avec le rapport entre l’amplitude de la pression d’excitation et la pression ambiante jusqu’à ce que le rapport soit supérieur à un.