مطالعه عددی اثرات میرا کنندگی حرارتی و تراکم پذیری، بر روی شدت موج فشاری حاصل از فروریزش کاویتاسیون ابری
Abstract
در این پژوهش ابتدا با استفاده از معادله گیلمور، اثر تراکم پذیری مایع بر روی رفتار حباب کاویتاسیون مورد بررسی قرار گرفته است. با حل همزمان معادلات ناویراستوکس و معادله انرژی برای گاز درون حباب و مایع اطراف آن، انتقال حرارت هدایتی نیز مدل سازی شده است. نتایج حاصل از این شبیه سازی برای تک حباب، مطابقت خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد. علاوه بر این، مشخص گردید که تراکم پذیری مایع و انتقال حرارت هدایتی، اثر قابل ملاحظه ای بر رفتار حباب دارد. سپس با به کارگیری معادلات غیرخطی مخلوط همگن حباب-مایع همراه با معادله گیلمور، دینامیک غیرخطی ابرحباب کروی، استوانه ای و محوری با لحاظ کردن اثر تراکم پذیری و انتقال حرارت هدایتی شبیه سازی شده است. میدان جریان اطراف ابرحباب کروی یک بعدی بوده و به صورت تحلیلی حل شده است. میدان جریان اطراف ابر محوری و استوانه ای نیز با توسعه یک برنامه کامپیوتری به صورت عددی شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی فروریزش ابرحباب، معادلات فوق با معادلات حاکم بر ابرحباب به صورت همگیر حل شده است. فشار مایع دوردست ابر حباب به-صورت یک رابطه کسینوسی با دامنه و بسامد معین تغییر می کند. با کاهش فشار تحریک، ابرحباب رشد کرده و با افزایش آن ابرحباب فروریزش می کند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با فروریزش ابرحباب، موج فشاری در سطح ابر تشکیل شده و به طرف مرکز آن انتشار می یابد. با نزدیک شدن به مرکز ابر شدت موج افزایش یافته و در مرکز ابر به مقدار بیشینه خود می رسد. مشاهده شده است که فشار بالای درون ابرحباب فروریزش ابر را محدود می کند. قبل از اینکه ابرحباب به طور کامل فروریزش کند موج فشاری با قـــدرتی در مرتبه bar 10 به درون مایع اطراف ابر انتشار می یابد. قدرت موج فشاری به نوع ابرحباب، اندازه اولیه ابر، عدد کاویتاسیون، بسامد فشار تحریک و کسر حجمی حباب وابسته است. مدل سازی انتقال حرارت و تراکم پذیری موجب افزایش قدرت موج فشاری می شود. همچنین، اثرات تغییر فاز، واکنش شیمیایی و انتقال حرارت تشعشعی نیز بر روی رفتار تک حباب کروی بررسی شده است. انتقال حـــرارت تشعشعی اثر قابل توجه ای بر رفتار حباب ندارد ولی تغییر فاز، تجزیه مولکول های آب و واکنش با گاز درون حباب موجب کاهش قابل ملاحظه ی دمای درون حباب می شود.