Studio numerico della dinamica di una nube di bolle acusticamente guidata vicino a una parete rigida

La dinamica di una nube di bolle eccitata da un campo di pressione sinusoidale vicino a una parete rigida è studiata utilizzando un nuovo modello di flusso bifase Euleriano/Lagrangiano. Vengono studiati gli effetti di parametri chiave come l’ampiezza e la frequenza della pressione di eccitazione, le dimensioni della nube e delle bolle, la frazione di vuoto e la distanza di distacco iniziale sul comportamento collettivo delle bolle e i carichi di pressione risultanti sulla parete vicina. Lo studio mostra che la dinamica non lineare della nuvola di bolle diventa più pronunciata e provoca un carico di pressione più elevato sulla parete all’aumentare dell’ampiezza della pressione di eccitazione. Il più forte comportamento collettivo delle bolle si verifica a una frequenza di risonanza preferita. A questa frequenza di risonanza, i picchi di pressione di ordini di grandezza superiori alla pressione di eccitazione risultano dall’interazione delle bolle quando l’ampiezza dell’eccitazione della pressione è alta. La frequenza di risonanza ottenuta numericamente è significativamente diversa dalla frequenza naturale riportata di una nube sferica derivata dalla teoria lineare, che presuppone oscillazioni di piccola ampiezza in un mezzo non limitato. Ad ampiezze elevate dell’eccitazione, la frequenza di risonanza diminuisce quasi linearmente con il rapporto tra l’ampiezza della pressione di eccitazione e la pressione ambientale fino a quando il rapporto è maggiore di uno.