On Bubble Dynamics in Acoustic Cavitation

Sammanfattning: Nyligen har mycket uppmärksamhet ägnats åt studier rörande ickelinjära oscillationer av sfäriska gasbubblor i pulserande tryckfält. Denna lic-avhandlning syftar till att utöka kunskapen kring kavitationsfenomenet. I detta arbete undersöks olika modeller och en förbättrad numerisk modell har utvecklats för att analysera akustiska kavitationsfenomen. Resultaten från den utvecklade modellen innefattar bildande och kollaps av enstaka gasbubblor i en vätska under inverkan av ultraljud som en funktion av tiden. Modellen valideras och jämförs för tre huvudfall. Dessa fall är: enhetligt tryck och temperatur inne i bubblan, enhetligt tryck och varierande temperatur inne i bubblan, samt varierande tryck och temperatur inne i bubblan. För fall 2 och fall 3 tas hänsyn både till värmeöverföringen inne i bubblan och till den omgivande vätskan. Olika grundläggande egenskaper hos oscillerande bubblor i ett ultraljud akustiskt fält såsom tryck, temperatur, densitet, hastighet och acceleration inne i bubblan under påverkan av tidsberoende ljudtryck har undersökts och resultaten för varje enskilt fall jämförs med motsvarande experimentella data. De numeriskt beräknade resultaten visar att antagandet om ett enhetligt tryck och temperatur inuti bubblan predikterar ett samband mellan radien och tiden som avviker starkt från de uppmätta värdena. Vidare visades det att för att prediktera de extrema tillstånd som förknippas med en kollaps måste bubblans dynamik ta hänsyn både till tryckgradienten och värmeöverföringen inne i bubblan samt över bubblans yta.