Pressure Wave Propagation Phenomena in Water Containing Uniformly Distributed Gas Bubbles

소량의 기포를 함유한 이상유체 내에서의 압력파의 전파현상

Propagation phenomena of nonlinear pressure waves in a bubbly mixture are studied. The governing equations for a bubbly mixture are derived heuristically and energy equation is incorporated with other governing equations to take thermal effects into consideration inside the bubble. This non-isothermal condition of the bubble inside is especially important when high amplitude pressure waves are treated. Keller's equation is adapted for the bubble dynamics as practical problem. Some numerical simulations are carried out for the shock tube problem using a computer program based on the above model. A comparison with experimental results of Noordzij and van Wijngaarden shows that the structure of the wave in the shock tube experiment seems to be much more significantly affected 요 the complex heat transfer phenomena inside the bubbles than by the relative translational motion between bubbles and surrounding liquid.

기포 혼합 유체 내에서의 압력파의 전파 현상을 수치해석으로 연구한다. 혼합 유체 영역을 지배하는 지배 방정식을 heuristic 한 방법으로 유도하고 기포 내부 영역에는 열전달 효과를 고려할 수 있도록 에너지 방정식을 도입한다. 기포 내부의 비등온 조건은 특히 기포가 고진폭을 가지고 진동할 때 매우 중요하다. 기포 역학 방정식으로서 Keller 방정식이 채택, 변형되어 기포 외부와 내부의 coupling을 맺어준다. 실제 문제로서 충격관내 충격파의 전파 현상을 수치해석 방법으로 해석한 결과가 Noordzij 및 van Wijngaarden 의 실험 결과와 거의 일치한다. 그러나 그들에 의해 설명된 충격파 구조의 변화 원인은 가스와 액체 간의 상대 운동인데 이는 본 모델에서 고려되지 않았기 때문에 가스와 액체 간의 열전달에 의해 충격파의 구조가 변화된다고 보는 것이 타당하다.