Simulation of bubble expansion and collapse in the vicinity of a free surface

物理 气泡 机械 自由面 压缩性 喷射(流体) 旋转对称性 环面 最大气泡压力法 两相流 冲击波 瑞利-泰勒不稳定性 弗劳德数 经典力学 不稳定性 流量(数学) 等离子体 量子力学
作者
Phoevos Koukouvinis,Manolis Gavaises,Outi Supponen,Mohamed Farhat
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:28 (5) 被引量:140
标识
DOI:10.1063/1.4949354
摘要

The present paper focuses on the numerical simulation of the interaction of laser-generated bubbles with a free surface, including comparison of the results with instances from high-speed videos of the experiment. The Volume Of Fluid method was employed for tracking liquid and gas phases while compressibility effects were introduced with appropriate equations of state for each phase. Initial conditions of the bubble pressure were estimated through the traditional Rayleigh Plesset equation. The simulated bubble expands in a non-spherically symmetric way due to the interference of the free surface, obtaining an oval shape at the maximum size. During collapse, a jet with mushroom cap is formed at the axis of symmetry with the same direction as the gravity vector, which splits the initial bubble to an agglomeration of toroidal structures. Overall, the simulation results are in agreement with the experimental images, both quantitatively and qualitatively, while pressure waves are predicted both during the expansion and the collapse of the bubble. Minor discrepancies in the jet velocity and collapse rate are found and are attributed to the thermodynamic closure of the gas inside the bubble.

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