Возможности повышения температуры жидкости в проблеме сверхсжатия пузырька акустическим воздействием

А.А. Аганин, М.А. Ильгамов, Д.Ю. Топорков

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420111, Россия

Полный текст PDF
DOI: 10.26907/2541-7746.2019.4.485-496

Для цитирования: Аганин А.А., Ильгамов М.А., Топорков Д.Ю. Возможности повышения температуры жидкости в проблеме сверхсжатия пузырька акустическим воздействием // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 4. – С. 485–496. – doi: 10.26907/2541-7746.2019.4.485-496.

For citation : Aganin A.A., Ilgamov M.A., Toporkov D.Yu. Possibility of increasing the liquid temperature in the problem of supercompression of a bubble by an acoustic action. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2019, vol. 161, no. 4, pp. 485–496. doi: 10.26907/2541-7746.2019.4.485-496. (In Russian)

Аннотация

Проводится сравнение расширения-сжатия пузырька в пучности давления стоячей акустической волны в ацетоне при температурах жидкости 273 К и 293 К. Амплитуда и частота акустического возбуждения в первом случае равны 15 бар и 19.3 кГц, а во втором варьируются при соблюдении условия равенства достигаемого максимального радиуса пузырька его значению в первом случае. Используется гидродинамическая модель с реалистичными уравнениями состояния, учитывающая неравновесное испарение-конденсацию пара на межфазной поверхности, нестационарную теплопроводность в паре и жидкости. Установлено, что при 293 К и акустическом возбуждении с двукратно большей частотой и трехкратно большей амплитудой, чем в случае 273 К, содержимое пузырька испытывает не менее сильное сжатие, чем при 273 К.

Ключевые слова: акустическое возбуждение, коллапс пузырька, ударная волна, сильное сжатие, искажение сферической формы

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 17-11-01135).

Литература

1. Moss W.C., Clarke D.B., Young D.A. Calculated pulse widths and spectra of a single sonoluminescing bubble // Science. – 1997. – V. 276, No 5317. – P. 1398–1401. – doi: 10.1126/science.276.5317.1398.
2. Bass A., Ruuth S.J., Camara C., Merriman B., Putterman S. Molecular dynamics of extreme mass segregation in a rapidly collapsing bubble // Phys. Rev. Lett. – 2008. – V. 101, No 23. – Art. 234301, P. 1–4. – doi: 10.1103/PhysRevLett.101.234301.
3. Taleyarkhan R.P., West C.D., Cho J.S., Lahey R.T.(Jr.), Nigmatulin R.I., Block R.C. Evidence for nuclear emissions during acoustic cavitation // Science. – 2002. – V. 295, No 5561. – P. 1868–1873. – doi: 10.1126/science.1067589.
4. Nigmatulin R.I., Akhatov I.Sh., Topolnikov A.S., Bolotnova R.Kh., Vakhitova N.K., Lahey R.T. (Jr.), Taleyarkhan R.P. The theory of supercompression of vapor bubbles and nano-scale thermonuclear fusion // Phys. Fluids. – 2005. – V. 17, No 10. – Art. 107106, P. 1–31. – doi: 10.1063/1.2104556.
5. Нигматулин Р.И., Лэхи Р.Т. (мл.), Талейархан Р.П., Вест К.Д., Блок Р.С. О термоядерных процессах в кавитирующих пузырьках // Усп. физ. наук. – 2014. – Т. 184, № 9. – C. 947–960.
6. Ильгамов М.А. Сильное расширение-сжатие полости в жидкости при акустическом воздействии // Прикл. матем. и механика. – 2014. – Т. 78, № 3. – C. 425–433.
7. Нигматулин Р.И., Болотнова Р.Х. Широкодиапазонное уравнение состояния органических жидкостей на примере ацетона // Докл. РАН. – 2007. – Т. 415, № 5. – C. 617–621.
8. Aganin A.A. Dynamics of a small bubble in a compressible fluid // Int. J. Numer. Methods Fluids. – 2000. – V. 33, No 2. – P. 157–174. – doi: 10.1002/(SICI)1097-0363(20000530)33:2<157::AID-FLD6>3.0.CO;2-A.
9. Moss W.C., Clarke D.B., White J.W., Young D.A. Hydrodynamic simulations of bubble collapse and picosecond sonoluminescence // Phys. Fluids. – 1994. – V. 6, No 9. – P. 2979– 2985. – doi: 10.1063/1.868124.
10. Аганин А.А., Нигматулин Р.И., Ильгамов М.А., Ахатов И.Ш. Динамика пузырька газа в центре сферического объема жидкости // Докл. РАН. – 1999. – Т. 369, № 2. – C. 182–185.
11. Нигматулин Р.И., Аганин А.А., Топорков Д.Ю., Ильгамов М.А. Эволюция возмущений сферичности пузырька при его сильном сжатии // Докл. РАН. – 2016. – Т. 467, № 2. – C. 168–172.
12. Prosperetti A. Viscous effects on perturbed spherical flows // Q. Appl. Math. – 1977. – V. 34, No 4. – P. 339–352.
13. Lin H., Storey B.D., Szeri A.J. Inertially driven inhomogeneities in violently collapsing bubbles: The validity of the Rayleigh–Plesset equation // J. Fluid Mech. – 2002. – V. 452. – P. 145–162. – doi: 10.1017/S0022112001006693.
14. Нигматулин Р.И., Аганин А.А., Ильгамов М.А., Топорков Д.Ю. Эволюция возмущений сферичности парового пузырька при его сверхсжатии // Прикл. механика и техн. физика. – 2014. – Т. 55, № 3. – C. 82–102.
15. Plesset M.S., Mitchell T.P. On the stability of the spherical shape of a vapor cavity in a liquid // Q. Appl. Math. – 1956. – V. 13, No 4. – P. 419–430.

Поступила в редакцию 22.11.18

Аганин Александр Алексеевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: aganin@kfti.knc.ru

Ильгамов Марат Аксанович, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: ilgamov@anrb.ru

Топорков Дмитрий Юрьевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: top.dmtr@gmail.com

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.