氣泡廣泛存在于油氣探測、醫學診斷、食品制造等領域中，在聲波激勵下的脈動響應對于微氣泡的應用具有重要作用。對于多氣泡系統，氣泡的脈動響應會受氣泡之間的相互作用影響而變得更加復雜。
針對這一問題，中國科學院聲學研究所超聲學實驗室博士生汪鈺與其導師陳德華研究員、以及吳鵬飛副研究員等人通過氣泡動力學方程以及有限元方法對多氣泡的脈動響應進行計算，并分析了不同間距下多因素對氣泡脈動的影響程度。
相關成果在線發表于學術期刊 Physics of Fluids。
研究人員通過氣泡動力學方程以及有限元方法，數值計算多氣泡在超聲激勵下的瞬時半徑，對比了通過不同模型計算得到的氣泡半徑，分析了氣泡相互作用中不同因素的影響程度，并針對不同氣泡間距的情況，考察了不同模型結果之間的相關性。隨后他們基于相同的氣泡間距設置不同的入射聲波方向，進一步分析聲波相位差對于多氣泡脈動的影響。
結果表明，當氣泡間距較小時，氣泡相互作用影響顯著，氣泡之間吸引和排斥交替進行，且相互作用對于脈動的抑制或促進受間距值影響；而在氣泡間距較大時，氣泡相互作用的影響可以忽略，氣泡群的總響應可視為單個氣泡動力學行為的代數和。
本研究得到國家自然科學基金（No. 42074174和No. 11904384）、中國科學院基金（No. ZDBSLY-SLH037）的資助。
圖1 兩個氣泡在聲波激勵下的速度場（圖/中國科學院聲學研究所）
圖2 基于不同模型的氣泡瞬時半徑（圖/中國科學院聲學研究所）
關鍵詞：
多氣泡；超聲激勵；氣泡動力學；有限元方法
參考文獻：
Yu Wang, Dehua Chen, Pengfei Wu, Jiahui Li, Analysis of multi-bubble pulsations by the finite element method and bubble dynamics equations, Physics of Fluids 36 (2024) 046109. DOI:?10.1063/5.0199387.
論文鏈接：