Bubble interactions and bursting behaviors near a free surface

气泡 物理 机械 爆裂 自由面 聚结(物理) 半径 无量纲量 计算机安全 计算机科学 生物 天体生物学 神经科学
作者
Tong Li,A‐Man Zhang,Shi‐Ping Wang,Shuai Li,Wen-Tao Liu
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:31 (4) 被引量:127
标识
DOI:10.1063/1.5088528
摘要

The strong bubble interactions and bursting behaviors near a free surface are studied numerically with a compressible two-phase flow solver. The interface is captured by the volume of fluid method. We investigate the effects of the dimensionless distance between the bubble and the free surface γf (scaled by the maximum bubble radius) ranging from 0.25 to 1.5. For the nonbursting cases, the essential evolution of the toroidal bubble is well captured, including the splitting, coalescence, and recollapse. Generally, a relatively thin spike is generated at the free surface during the first cycle of the bubble. Subsequently, a wider secondary spike at the base of the first spike is formed during the second bubble cycle, which leads to the formation of the crown-shaped spike. When γf is sufficiently small, the bubble bursts at the free surface and an opening cavity is generated. The pressure inside the cavity and the atmospheric pressure are not balanced immediately, and the pressure difference lasts for a while, causing the inward gas flow and the final closure of the cavity. The gas flow is found to play a vital role in the bubble bursting behaviors, which has not been well understood. By comparing with previous studies, three distinct bursting patterns are identified and discussed.

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