شبيه‌سازي ديناميك ابر حباب

Bubble Cloud Dynamics Simulation

بررسي حضور اَبرهاي حباب در مايعات به دليل تاثيرات مثبت يا منفي آنها در فرآيندهاي صنعتي مورد توجه پژوهشگران مي‌باشد. در اين مقاله هدف، شناخت رفتار يك مخلوط همگن حباب و مايع است. به سبب ساده‌سازي‌هاي رايج، معادلات حاكم بر رفتار اَبرهاي حباب، تحليلي كامل از اين پديده ارايه نمي‌كنند. در اين تحقيق سابقه كار ديگران بررسي و از ميان آنها دست‌آوردهاي تحقيقاتي "وانگ و برنن" مورد توجه قرار گرفته است. در اين مقاله اِبتدا كد نوشته شده با الگوريتم اين تحقيق، با نتايج "وانگ و برنن" صحت‌سنجي شد. بعد، با محسوب كردن خاصيت تراكم‌پذيري در مرز حباب‌ها براي مخلوط همگن حباب‌ها و مايع، معادلات حاكم بر رفتار ابر حباب استخراج شدند. سپس، اين معادلات تحت ترازهاي مختلف فشار صوتي اِعمالي به ابر و مقادير گوناگون درصد گاز داخل مايع توسط كد تدويني فوق‌الاشاره حل شده‌اند. از نتايج به دست آمده تقليل شديد بيشينه رشد با لحاظ تراكم‌پذيري حباب و رخ‌داد فروپُكِش تحت شرايطي مي‌باشند. همچنين هنگامي‌كه نسبت حضور حباب كم است رفتار ابر حباب به تراكم‌پذيري ارتباطي ندارد. برخي نتايج ديگر اين پژوهش، چگونگي فروريزش حباب‌ها در لايه‌هاي بيروني و دروني ابر حباب، وقوع پديده فروپُكِش و تاثير عميق تراكم‌پذيري بر بيشينه رشد حباب و شدت و زمان فروريزش‌ها است.

Study of presence of bubble cloud in liquids has been of interest to researchers because of its positive or negative effects in many industrial processes. This paper aims to understand the behavior of a homogeneous mixture of bubbles and liquid. Due to usual simplifications, the equations governing bubble cloud behavior do not offer a complete analysis of this phenomenon. In this research, the works of the other scientists are reviewed especially the studies carried out by Wang and Brennen. In this study, first, the code devised according to numerical algorithm of this research is validated by results of Wang and Brennen. Then, by taking into account the compressibility property at the bubbles boundary for homogeneous mixture of bubbles in liquid, the governing equations are derived. Next, these equations under different applied sound pressure levels to the cloud, and a variety of gas percentage in liquid are numerically solved by the devised code. The severe reduction in maximum growth of bubbles with compressibility considerations, and the occurrence of collapses under some conditions are of the obtained results. Also, when bubble presence ratio is low the behavior of bubble cloud does not relate to compressibility. Some other outcomes of this research are manners of bubbles collapse in outer and inner layers of bubble cloud, serious compressibility effects on intensity and time of collapses, and maximum bubbles growth.