Numerical investigation on the impact pressure induced by a cavitation bubble collapsing near a solid wall

冲击压力 空化 机械 气泡 流体体积法 喷射(流体) 物理 半径 计算机模拟 流量(数学) 计算机安全 计算机科学
作者
Di Zhao,Fuqiang Deng,Lingxin Zhang
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:35 (4) 被引量:31
标识
DOI:10.1063/5.0145499
摘要

Cavitation erosion often occurs on the surface of many underwater applications, which can cause severe damage to materials and reduce their performance. Since the cause of erosion is the impact pressure induced by the collapse of an individual cavitation bubble near the wall, to make a better prediction and prevent the damage potential, in this paper, we carry out systematic investigations on the impact characteristics by direct numerical simulation using a vapor bubble model. The volume of fluid (VOF) method is adopted to capture the interface between the two phases. The numerical results show that pressure wave and jet are two primary inducements of the impacts on the wall. The reason for the pressure wave impacts is the pressure wave emission after the collapse of the bubble's main part. And the reason for the jet impact is the stagnation pressure in front of the jet. After a parametric study of the two impacts with respect to the initial radius, driving pressure, and stand-off distance, the predicting equations for the pressure wave impact and jet impact are proposed at γ ≥ 1.74. When γ < 1.74, the impact pattern becomes complex due to the arrival time of the two impacts and the collapse of the vapor fragments right on the wall.
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