Numerische Untersuchung der Dynamik akustisch angetriebener Blasenwolken in der Nähe einer starren Wand

Die Dynamik einer Blasenwolke, die durch ein sinusförmiges Druckfeld in der Nähe einer starren Wand angeregt wird, wird mit Hilfe eines neuartigen Euler/Lagrangschen Zweiphasenströmungsmodells untersucht. Die Auswirkungen von Schlüsselparametern wie der Amplitude und Frequenz des Anregungsdrucks, der Wolken- und Blasengröße, des Leerraumanteils und des anfänglichen Abstands auf das kollektive Verhalten der Blasen und die daraus resultierenden Druckbelastungen auf die nahe gelegene Wand werden untersucht. Die Studie zeigt, dass die nichtlineare Dynamik der Blasenwolken mit zunehmender Amplitude des Anregungsdrucks ausgeprägter wird und zu höheren Druckbelastungen an der Wand führt. Das stärkste kollektive Blasenverhalten tritt bei einer bevorzugten Resonanzfrequenz auf. Bei dieser Resonanzfrequenz entstehen durch die Blasenwechselwirkung Druckspitzen, die um Größenordnungen höher sind als der Anregungsdruck, wenn die Amplitude der Druckanregung hoch ist. Die numerisch ermittelte Resonanzfrequenz unterscheidet sich deutlich von der angegebenen Eigenfrequenz einer Kugelwolke, die aus der linearen Theorie abgeleitet wurde, die von Schwingungen mit kleiner Amplitude in einem unbegrenzten Medium ausgeht. Bei hohen Amplituden der Anregung nimmt die Resonanzfrequenz fast linear mit dem Verhältnis der Amplitude des Anregungsdrucks zum Umgebungsdruck ab, bis das Verhältnis größer als eins ist.