بررسي اثر تغيير فاز و واكنش هاي شيميايي بر رفتار حباب كاويتاسيون

Numerical Evaluation of Phase Change and Chemical Reactions on the Behavior of Cavitation Bubbles

در مقاله حاضر با توسعه يك برنامه رايانه ي اثر تبخير و چگالش بخار آب و واكنش هاي شيميايي بر رفتار حباب كاويتاسيون بررسي شده است. براي شبيه سازي تغييرات شعاع حباب از معادله گيلمور استفاده گرديده كه در آن اثر تراكم پذيري مايع اطراف حباب لحاظ شده است. معادله واندروالس براي محاسبه فشار درون حباب و مدل هرتز- نادسن براي مدل سازي تغيير فاز بخار آب در ديواره حباب به كار گرفته شده است. براي بررسي دقت نتايج به دست آمده، شبيه سازي حباب در شرايط كاويتاسيون صوتي انجام گرفته است. با تغيير گاز درون حباب و كاهش بسامد نوسانات حباب، نتايج براي كاويتاسيون هيدروديناميكي توسعه داده شده است. نتايج عددي نشان مي دهد كه براي بسامدهاي بالا، تغيير فاز اثر قابل ملاحظه اي بر رفتار حباب ندارد ولي با كاهش بسامد، دماي بيشينه حباب كاهش مي يابد. همچنين در مرحله فروريزش حباب، مولكول هاي بخار آب درون حباب شكسته شده و واكنش هاي شيميايي صورت مي گيرد.

In this paper a computer program is developed in order to investigate the effect of non-equilibrium evaporation and condensation of water vapor at the bubble wall and that of chemical reactions of gases and vapor inside a bubble. Bubble instantaneous radius was obtained using Gilmore equation which considered the compressibility of the liquid. Pressure inside the bubble is calculated using the Van der Waals equation. The Hertz-Knudsen model is employed for modeling the evaporation and condensation of water molecules at the bubble wall. Numerical analysis is done for bubble in acoustic cavitation condition. With change the bubble inner gas type and decreasing bubble oscillation frequency, results have been developed for hydrodynamic cavitation. Numerical results show that for high driving pressure frequencies, the modeling phase change does not a significant effect on the bubble behavior. But by decreasing driving frequency the maximum bubble temperature decreases. It is also clarified that most of all the vapor molecules undergo chemical reactions at the strong collapse.