Numerical study of the shock wave and pressure induced by single bubble collapse near planar solid wall

气泡 物理 机械 冲击波 休克(循环) 黎曼解算器 空化 经典力学 压缩性 有限体积法 医学 内科学
作者
Xiaobin Yang,Cheng Liu,Decheng Wan,Changhong Hu
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:33 (7) 被引量:73
标识
DOI:10.1063/5.0055727
摘要

Bubble collapse is one of the leading causes for the cavitation erosion of submerged structures. For better understanding of the destructive mechanism of cavitation, high-fidelity simulation is performed to simulate the complete process of single bubble collapse near a planar solid wall. The wave propagation method with the approximate Riemann solver Harten Lax and van Leer Contact is adopted to solve the compressible two-phase five-equation model. We implement fifth-order weighted essentially non-oscillatory scheme with the block-structured adaptive mesh method to resolve shock waves and moving interface with high-resolution. We simulate single bubble collapsing in free-field to validate the present numerical methods and solver. Our results (e.g., averaged bubble-interior pressure and the radius variation) are found in excellent agreement with the theoretical Keller–Miksis solutions. In this study, the shock wave transmitted inside the bubble and the water-hammer shock formed in the liquid are under quantitative investigation. Numerical results reveal that the interactions between the shock wave and bubble interface give rise to peak pressures of liquid phase, and the initial stand-off distances have important influence on shock wave pattern, wall peak pressure, and bubble dynamics.
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