Akusztikusan gerjesztett buborékok felületi stabilitásának és felbomlásának vizsgálata
Investigation of the acoustically excited bubbles shapes deformation and fragmentation.
Keywords:
acoustic cavitation, sonochemistry, bubble shape deformation, /, akusztikus kavitáció, szonokémia, buborékok felületi deformációjaAbstract
In the case of sonochemistry, the acoustically excited bubbles start to pulsate periodically, which can be divided into an expansion and a contraction phase. During the contraction, the pressure and the temperature can reach 1000 bar and 8000 K, respectively. These extreme conditions can increase the chemical yields significantly therefore the chemical industry sees enormous potential in the technology. However, the industrial-scaled application is rare due to the scaling difficulties and the nonlinear dynamics. The present study aims to develop an efficient GPU-compatible numerical method to describe the nonlinear bubble shape deformation and fragmentation.
Kivonat
A szonokémiai alkalmazások során az akusztikusan gerjesztett buborékok periodikus pulzálásba kezdenek, ezen pulzálás egy tágulási, illetve egy kontrakciós fázisra osztható. A kontrakció során a buborékok belsejében a nyomás elérheti az 1000 bar-t míg a hőmérséklet a 8000 K-t, ezen szélsőséges körülmények jelentősen megnövelhetik a kémiai kihozatalt emiatt a vegyipar jelentős potenciált lát a technológiában. A szonokémia ipari méretű alkalmazása azonban nem jellemző a skálázási nehézségek, illetve a nemlineáris dinamika miatt. Jelen kutatás célja a buborékok felületi lengéseinek, illetve a buborékfelbomlás nemlineáris dinamikájának modellezése hatékony GPU kompatibilis módszerrel.
References
K. Yasui, T. Tuziuti, T. Kozuka, A. Towata, and Y. Iida, “Relationship between the bubble temperature and main oxidant created inside an air bubble under ultrasound,” J. Chem. Phys., vol. 127, no. 15, p. 154502, 2007.
D. F. Rivas, L. Stricker, A. G. Zijlstra, H. J. G. E. Gardeniers, D. Lohse, and A. Prosperetti, “Ultrasound artificially nucleated bubbles and their sonochemical radical production,” Ultrason. Sonochem., vol. 20, no. 1, pp. 510–524, 2013.
R. G. Parag and B. P. Aniruddha, “Sonochemical reactors: scale up aspects,” Ultrason. Sonochem., vol. 11, pp. 105–117, 2004.
S. J. Shaw, “The stability of a bubble in a weakly viscous liquid subject to an acoustic travelling wave,” Phys. Fluids, vol. 21, no. 2, pp. 1400–1417, 2009.
S. J. Shaw, “The stability of a bubble in a weakly viscous liquid subject to an acoustic travelling wave,” Phys. Fluids, vol. 21, no. 2, pp. 1400–1417, 2009.
S. J. Shaw, “Nonspherical sub-millimeter gas bubble oscillations: Parametric forcing and nonlinear shape mode coupling,” Phys. Fluids, vol. 29, no. 12, pp. 300–311, 2017.
S. Cleve, M. Guedra, C. Inserra, and P. Blanc-Benon, “Microstreaming induced by acoustically trapped non-spherically oscillating microbubbles,” J. Fluid Mech., vol. 875, pp. 597–621, 2019.
T. Yamamotoa, S. Hatanakab, and S. V.Komarova, “Fragmentation of cavitation bubble in ultrasound field under small pressure amplitude,” Ultrason. Sonochem., vol. 58, p. 104684, 2019.
