Numerieke studie van de dynamica van akoestisch aangedreven bellenwolken nabij een stijve wand

De dynamica van een bellenwolk die wordt geëxciteerd door een sinusoïdaal drukveld nabij een stijve wand wordt bestudeerd met behulp van een nieuw Euleriaans/Lagrangiaans twee-fasen stromingsmodel. De effecten van belangrijke parameters zoals de amplitude en de frequentie van de excitatiedruk, de grootte van de wolk en de bellen, de lege fractie, en de initiële afstand op het collectieve gedrag van de bellen en de resulterende drukbelastingen op de nabijgelegen wand worden onderzocht. De studie toont aan dat de niet-lineaire dynamica van de bellenwolk meer uitgesproken wordt en resulteert in een hogere drukbelasting op de wand naarmate de amplitude van de excitatiedruk toeneemt. Het sterkste collectieve bellengedrag treedt op bij een voorkeursresonantiefrequentie. Bij deze resonantiefrequentie zijn drukpieken van grootteordes hoger dan de excitatiedruk het gevolg van de belinteractie wanneer de amplitude van de drukexcitatie hoog is. De numeriek verkregen resonantiefrequentie verschilt aanzienlijk van de gerapporteerde natuurlijke frequentie van een bolvormige wolk, afgeleid uit de lineaire theorie, die uitgaat van kleine amplitude oscillaties in een onbegrensd medium. Bij hoge amplitudes van de excitatie neemt de resonantiefrequentie bijna lineair af met de verhouding van de excitatiedrukamplitude tot de omgevingsdruk, totdat de verhouding groter is dan één.