Jetting enhancement from wall-proximal cavitation bubbles by a distant wall

空化 材料科学 机械 气泡 物理
作者
Qingyun Zeng,A‐Man Zhang,Beng Hau Tan,Hongjie An,Claus–Dieter Ohl
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:987 被引量:15
标识
DOI:10.1017/jfm.2024.378
摘要

An additional distant wall is known to highly alter the jetting scenarios of wall-proximal bubbles. Here, we combine high-speed photography and axisymmetric volume of fluid (VoF) simulations to quantitatively describe its role in enhancing the micro-jet dynamics within the directed jet regime (Zeng et al. , J. Fluid Mech. , vol. 896, 2020, A28). Upon a favourable agreement on the bubble and micro-jet dynamics, both experimental and simulation results indicate that the micro-jet velocity increases dramatically as $\eta$ decreases, where $\eta =H/R_{max}$ is the distance between two walls $H$ normalized by the maximum bubble radius $R_{max}$ . The mechanism is related to the collapsing flow, which is constrained by the distant wall into a reverse stagnation-point flow that builds up pressure near the bubble's top surface and accelerates it into micro-jets. We further derive an equation expressing the micro-jet velocity $U_{jet}=87.94\gamma ^{0.5}(1+(1/3)(\eta -\lambda ^{1.2})^{-2})$ , where ${\gamma =d/R_{max}}$ is the stand-off distance to the proximal wall with $d$ the distance between the initial bubble centre and the wall, $\lambda =R_{y,m}/R_{max}$ with $R_{y,m}$ the distance between the top surface and the proximal wall at the bubble's maximum expansion. Viscosity has a minimal impact on the jet velocity for small $\gamma$ , where the pressure buildup is predominantly influenced by geometry.
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