Неустойчивость сферической формы пузырька при лазерной кавитации

К.Р. Закиров (Уфа)

Известно, что при схлопывании парогазовых пузырьков происходит значительная кумуляция энергии. Одним из ограничителей такой кумуляции является неустойчивость сферической формы пузырька. Представляется интересным определить, при каких исходных параметрах (начальный радиус пузырька, окружающее гидростатическое давление, плотность жидкости и т.д.) развитие несферичности при схлопывании будет минимальным.

В данной работе для исследования эффектов несферичности проводится двумерное моделирование динамики пузырька в сжимаемой жидкости. В качестве тестирования вычислительной программы был проведен расчет схлопывания пузырька без отклонений от сферической формы, который сравнивался с соответствующим расчетом по одномерной программе.

При лазерной кавитации влияние несферичности пузырька на процесс схлопывания наиболее полно проявляется в следующем эксперименте. При фиксированной энергии лазерного импульса, порождающего паровую каверну, варьируется окружающее давление в жидкости. Степень кумуляции энергии при схлопывании определяется интенсивностью излучения света пузырьком во время коллапса. Имеется немонотонная зависимость интенсивности излучения от окружающего давления жидкости [1]. Двумерное численное исследование данной задачи показало, что процесс потери сферичности при схлопывании и приобретения её при расширении пузырька играет ключевую роль в возникновении немонотонной зависимости степени кумуляции от изменения окружающего давления.

 

1. B. Wolfrum, T. Kurz, O. Lindau, and W. Lauterborn Luminescence of transient bubbles at elevated ambient pressures // Physical Review E, 2001, V. 64, 046306 – 5.