The Gilmore-NASG model to predict single-bubble cavitation in compressible liquids
将Gilmore模型与Noble-Abel-stiffened-gas（NASG）状态方程相结合，得到一个基于真实气体热力学的预测球形气泡膨胀和坍缩的简单模型。NASG状态方程解决了与常用的Tait液体状态方程相关的温度不准确性，因此，可以提供空化期间气泡内容物和周围液体的可压缩和热效应的一致描述。在详细推导了所提出的Gilmore-NASG模型后，通过与气泡破裂相关的单气泡气穴现象以及与声致发光相关的频率和振幅区域的声激励驱动的结果，强调了经典Gilmore-Tait模型与所提出的模型之间的差异。高强度聚焦超声和冲击波碎石术。特别是对于快速和剧烈崩溃的气泡，可以观察到的气泡行为之间的建议Gilmore-NASG模型和经典的Gilmore-Tait模型的显着差异。Gilmore-NASG模型能够同时预测气体、蒸汽和液体中的可靠压力和温度值，这使得所提出的模型对于声化学和生物医学应用特别有吸引力。
2020-08-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Nonlinear bubble behaviours of compressible Rayleigh-Taylor instability with isothermal stratification in cylindrical geometry
本文通过直接数值模拟研究了圆柱几何中等温分层可压缩Rayleigh-Taylor不稳定性的非线性气泡演化，发现汇聚与发散情况存在显著差异，并提出了一种考虑密度变化、涡量积累和流动可压缩性的改进理论模型。
2025-02-02 physics.flu-dyn
Effects of Isothermal Stratification Strength on Vorticity Dynamics for Single-Mode Compressible Rayleigh-Taylor Instability
利用二维完全可压缩小波直接数值模拟方法研究了等温层化强度对单模Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）涡动力学的影响。模拟模型低阿特伍德数（$A=0.04$）RTI发展为四种不同的分层强度，对应于马赫数从0.3（弱分层）到1.2（强分层），和三个不同的扰动雷诺数，从5,000到20000。所有的模拟使用自适应小波为基础的网格细化，以实现非常精细的空间分辨率在相对较低的计算成本。对于所有分层，泡沫和尖峰经历指数增长制度，其次是RTI的演变放缓。对于最弱的分层，这种放缓，然后再加速，而较强的分层RTI增长的抑制继续。气泡和尖峰不对称观察到弱分层，随着分层强度的增加，气泡和尖峰的增长率变得越来越相似。对于研究的情况下，有相对较小的影响，雷诺数上的气泡和穗的高度，虽然二次涡的形成变得更加明显，雷诺数的增加。通过对涡度输运方程的分析，揭示了不可压斜压性对小层结和中等层结的RTI增长的驱动作用，但对较强层结的涡度产生和RTI增长的抑制作用越来越明显。斜压性的这些变化被用来解释RTI增长的抑制强分层，以及气泡和尖峰增长率的异常不对称性弱分层。
2018-12-14 physics.flu-dyn
Simulation of the high Mach number motion for bubble collapse in a compressible Euler fluid using Basilisk
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel（基尔大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
该研究利用Basilisk框架中的全马赫求解器，模拟了压缩性欧拉流体中气泡坍缩的高马赫数运动，验证了液态锂在空腔中更高的能量密度集中潜力。
2025-05-21 physics.flu-dyn
The lifetime of shape oscillations of a bubble in an unbounded, inviscid and compressible fluid with surface tension
Shapiro和Weinstein（2011）在线性近似下证明了具有表面张力的可压缩无粘流体中球形气泡的一般扰动随时间推移呈指数衰减$\sim e^{-Γt}, Γ>0$。形式上的渐近和数值证据导致了这样的猜想：$Γ\approx \frac{A}ε \frac{We}{ε^{2}} \exp(-B \frac{We}{ε^2})$，其中$0<ε\ll1$是马赫数，We是韦伯数，$A$和$B$是正常数。本文证明了这一猜想，并计算了$ε$中首阶的$A$和$B$.
2012-10-01 math-ph math.AP math.MP
MFC: An open-source high-order multi-component, multi-phase, and multi-scale compressible flow solver
MFC是一个开源工具，用于求解多组分、多相和气泡可压缩流。它能够有效地解决广泛的流动，包括液滴雾化，激波-气泡相互作用和气泡空化。我们提出了5-和6-方程的vaprically-consistent扩散界面模型，我们用来处理这样的流量，这是耦合到高阶界面捕获方法，HLL型黎曼求解器，和TVD时间积分方案，能够模拟非定常流与强冲击。数值方法是在一个灵活的，模块化的框架，适合未来的发展。我们采用的方法进行了验证，通过比较激波气泡，激波液滴，和激波水柱相互作用问题的实验结果，并验证是免费的寄生振荡的材料界面平流和气液黎曼问题。对于光滑解，如等熵涡的平流，该方法被验证是高阶精度。说明性的例子，涉及冲击气泡血管壁和声气泡网的相互作用被用来证明MFC的全部功能。
2019-07-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effects of Bulk Viscosity in Non-linear Bubble Dynamics
考虑气泡界面处液体和气体的可压缩性，对可压缩液体中的非线性气泡动力学方程进行了修正。推导了一个新的气泡边界方程，该方程中加入了由液体体积粘度效应引起的新项。考虑水蒸气和化学反应对气泡演化的影响，数值研究了这一项的影响。结果清楚地表明，新的术语有一个重要的阻尼作用，在崩溃，使它的考虑减少了振幅的气泡崩溃后反弹。这种阻尼特性对于较高的导出压力更为显著。
2003-08-31 physics.flu-dyn
A New Damping Mechanism in Non-linear Bubble Dynamics
本文对可压缩粘性液体中气泡径向运动的非线性方程组进行了修正，考虑了粘性和可压缩性的影响，比以往的工作更为全面。一组新的方程已被推导出，包括新的条款所产生的考虑粘度和压缩性不仅在气泡界面，而且在液体的体积。新的方程是两个非线性耦合方程，不能像以前推导的方程那样合并成一个方程。考虑气泡界面传热传质的影响，进行了数值计算。结果表明，新的条款表现出重要的阻尼作用，在崩溃，使他们的考虑大大削弱了泡沫崩溃后的反弹。这种新的阻尼机制的振幅和频率的衍生压力的依赖性进行了研究。
2003-09-17 physics.flu-dyn
Radiative Decay of Bubble Oscillations in a Compressible Fluid
考虑气泡在无粘性、可压缩液体中的动力学，液体具有表面张力。运动学和动力学边界条件将气泡表面变形动力学与流体中的波的动力学耦合。该系统具有球形平衡态，这是由无限远处的压力和气泡内的气体压力的平衡引起的。我们在质心系中研究了这种平衡态的线性动力学：1）证明了速度势和气泡表面扰动满足空间指数时间衰减的逐点估计。2)时间衰减率取决于散射共振，非自伴谱问题的本征值。这些是极点奇点在下半平面的解析延拓的预解算子从上半平面，通过实轴到下半平面。3)的时间衰减估计的共振模式扩展的速度潜力和气泡表面扰动的后果。4)对于小的可压缩性（马赫数，气泡壁速度与声速的比率，ε），这是不可压缩极限的奇异扰动。控制极其缓慢的时间衰减的散射共振是{ \it瑞利共振}。由高精度数值研究支持的渐近性表明，最接近实轴的瑞利共振满足|\frac{\Im λ_\star(ε)}{\Re λ_\star(ε)}| = { \cal 0}（\exp（-κ \We \ ε^{-2}）），κ>0。这里，\We表示韦伯数，即比较惯性和表面张力的无量纲比率。5)为了获得上述结果，我们证明了一个一般的结果，独立的利益，估计诺依曼狄利克雷映射的波动方程，外部的一个球。
2011-01-01 math-ph math.AP math.MP
An efficient and robust all-Mach consistent numerical scheme for simulation of compressible multi-component fluids including surface tension, cavitation, turbulence modeling and interface sharpening on compact stencils
提出一种基于单流体四方程的全马赫一致数值格式，结合THINC界面锐化与热力学相关更新方法，可高效模拟包含表面张力、空化及湍流效应的可压缩多组分流体。
2023-03-31 physics.flu-dyn
Mapping Driven Oscillations in the Size of a Bubble to the Dynamics of a Newtonian Particle in a Potential
本文将气泡尺寸的非线性驱动振荡映射为势场中牛顿粒子动力学，提出新框架区分时间尺度并解释坍塌反弹，推导了拉伸强度定律、Bjerknes力反转判据及声能耗散公式。
2024-12-25 physics.flu-dyn
Compressible Air Entrapment in High-Speed Drop Impacts on Solid Surfaces
利用高速摄影技术结合光学干涉技术，对液滴撞击固体基底过程中的空气夹带现象进行了实验研究。我们观察到在液体接触基板之前形成压缩空气膜，内部压力大大高于大气值。压缩程度高度依赖于冲击速度，如通过平衡液体减速与压缩空气的大压力所解释的。接触后，空气膜在边缘垂直膨胀，在几十微秒内降低其压力，并在周边产生厚边。这种厚边空气膜随后收缩成气泡，由表面张力、惯性和粘性阻力之间的复杂相互作用控制。对于几厘米高以上的撞击，普遍观察到这一过程。
2012-11-27 physics.flu-dyn
Resonance behavior of a bubble near a spherical inclusion
Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1（里昂大学，克洛德·贝尔纳里昂大学）；Univ Lyon, INSA Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon（里昂大学，里昂国立应用科学学院，法国国家科学研究中心，里昂中央理工学院）
本文建立了一个解析模型，研究在粘性可压缩流体中，气体微泡在任意大小和力学性质（刚性、流体或粘弹性）的球形夹杂物附近振荡的频率响应，并展示了通过扫描气泡频率响应反演粘弹性物体（如类红细胞颗粒）力学特性的方法。
2026-06-02 physics.flu-dyn
Assessment of diffuse-interface methods for compressible multiphase fluid flows and elastic-plastic deformation in solids
本文介绍了三种用于模拟不可混溶、可压缩多相流体流动和固体中的弹塑性形变的扩散界面方法。第一种方法是Cook（2007）、Subramaniam等人的局部人工扩散率方法，（2018），以及Adler和Lele（2019），其中将人工扩散项添加到守恒方程中。第二种方法是基于Shukla等人的准保守方法的梯度形式方法，（2010）和Tiwari等人，（2013），其中扩散和锐化项（一起称为正则化项）被添加到守恒方程中。第三种方法是基于Jain等人的完全保守方法的发散形式方法，（2020），其中正则化项被添加到守恒方程。这项工作的主要目标是比较这三种方法在他们的能力，以保持：恒定的界面厚度;的守恒属性;和准确的界面形状的长时间集成。这项工作的第二个目标是不断扩展这些方法来模拟固体材料之间的强度接口。为了评估和比较这些方法，它们被用来模拟各种各样的问题，包括（1）空气中气泡的平流，（2）冲击波与空气中氦气泡的相互作用，（3）冲击波相互作用和水中气泡的破裂，以及（4）铜-铝界面的里希特迈尔-梅什科夫不稳定性。目前的工作重点是比较这些方法在相对粗糙的网格分辨率的限制，这说明了这些方法的真实性能。这是因为在工程感兴趣的大规模模拟中，使用数百个网格点来解析单个气泡或液滴是不切实际的。
2021-09-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Neptuna: A Comprehensive Machine Learning Framework for Benchmarking Complex Multiphase Flows
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
针对冲击驱动的可压缩多相流基准测试难题，介绍含2.4TB数据集的Neptuna框架，评估多种替代模型家族，研究复合损失与自适应损失平衡，结果显示无单一模型最优，复合损失及SoftAdapt策略有显著改进。
2026-10-20 cs.AI physics.flu-dyn
Investigation of transition frequencies of two acoustically coupled bubbles using a direct numerical simulation technique
通过直接数值模拟技术验证了理论预测的两个声相互作用气泡的三个过渡频率的存在，其中两个对应于自然频率，另一个不对应于自然频率。
2004-10-08 cs.NA math.NA physics.comp-ph
