Akusztikusan gerjesztett buborék nemlineáris alakstabilitásának vizsgálata
Az általános mérnöki gyakorlatban a kavitációra egy kifejezetten káros, kerülendő jelenségként tekintünk ugyanis a lecsökkent nyomástérben (például szivattyú járókereke mentén) a folyadék lokálisan forrni kezd melynek hatására kifejlődő gőzbuborék a nagyobb nyomású térbe kerülve nagy falsebességgel összeroppan. Az összeroppanás hatására a gőz nyomása több ezer bar-ra míg hőmérséklete több ezer Kelvinre emelkedhet, az összeroppanás során keletkező lökéshullám súlyosan károsíthatja a buborék környezetében található gépelemeket.
Az ultrahangos gerjesztéssel mesterségesen létrehozott akusztikus kavitációban a fent említett extrém körülmények miatt nagy potenciált lát az ipar, ugyanis ezen körülmények jelentősen felgyorsítják a reakciók lejátszódását és növelik a reakcióképességet. A kémiai kihozatal azon buborékok esetén a legkedvezőbbek melyek a kavitáció során képesek megtartani gömbi formájukat mivel ekkor érhető el koncentráltabb összeroppanás. Jellemzően a kis egyensúlyi sugárral rendelkező buborékok képesek megőrizni a gömbi alakot, mivel a felületi feszültség ilyen esetekben dominánsabb. A szonokémia alkalmazások során cél a kémiai kihozatal növelése, ami a nagyobb méretű még közel gömbi lengést folytató buborékok esetén érhető el, valamint olyan komplex modell létrehozása, mely pontosan képes leírni a buborék alakját.
A buborékok dinamikájának leírására használt Keller-Miksis egyenlethez a buborékok nemgömbi lengését leíró közönséges differenciálegyenletek csatolhatóak. Az irodalomban általánosan használt modellek lineáris stabilitásvizsgálatra alkalmasak, azaz a kezdeti zavarás növekedéséből vagy csökkenéséből következtetnek a gömbi alak stabilitására. A jelen dolgozat célja olyan matematikai modell implementálása, amely lehetővé teszi a különböző modusok közötti nemlineáris kölcsönhatások, további a térfogati és felületi lengések közötti kölcsönhatások figyelembevételét is. Az így kapott eredmények pontosabb képet alkotnak a buborék viselkedéséről ezáltal meghatározhatóvá válnak olyan paramétertartományok, ahol viszonylag nagy buborékméret mellet közel gömbi lengés érhető el.
szerző
-
Kalmár Péter
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Klapcsik Kálmán
adjunktus, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék -
Dr. Hegedűs Ferenc
Docens, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
