Numeryczne studium dynamiki akustycznie napędzanej chmury pęcherzykowej w pobliżu sztywnej ściany

Dynamika chmury pęcherzykowej pobudzonej sinusoidalnym polem ciśnieniowym w pobliżu sztywnej ściany jest badana przy użyciu nowatorskiego eulerowsko-legranicznego modelu przepływu dwufazowego. Badany jest wpływ kluczowych parametrów, takich jak amplituda i częstotliwość ciśnienia wzbudzającego, rozmiary chmury i pęcherzyków, frakcja pustej przestrzeni oraz początkowa odległość od ściany na kolektywne zachowanie pęcherzyków i wynikające z tego obciążenia ciśnieniowe na pobliskiej ścianie. Badania wykazały, że nieliniowa dynamika chmury pęcherzyków staje się bardziej wyraźna i skutkuje większymi obciążeniami ciśnieniowymi przy ścianie wraz ze wzrostem amplitudy ciśnienia wzbudzającego. Najsilniejsze zbiorowe zachowanie pęcherzyków występuje przy preferowanej częstotliwości rezonansowej. Przy tej częstotliwości rezonansowej, szczyty ciśnienia o rząd wielkości wyższe niż ciśnienie wzbudzenia wynikają z interakcji pęcherzyków, gdy amplituda wzbudzenia ciśnienia jest wysoka. Uzyskana numerycznie częstotliwość rezonansowa różni się znacznie od podawanej częstotliwości drgań własnych chmury sferycznej wyprowadzonej z teorii liniowej, która zakłada oscylacje o małej amplitudzie w nieograniczonym ośrodku. Przy dużych amplitudach wzbudzenia, częstotliwość rezonansowa maleje prawie liniowo ze stosunkiem amplitudy ciśnienia wzbudzenia do ciśnienia otoczenia, aż do momentu, gdy stosunek ten jest większy niż jeden.