دینامیک حباب گازی کروی شکل در داخل یک محفظه متناهی الاستیک حاوی سیال تیکسوتروپ

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه تهران، دانشکده فنی کاسپین، رضوانشهر، ایران

2 دکتری تخصصی، دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران

3 استاد، دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران

10.22044/jsfm.2024.13864.3813

چکیده

در این مقاله به بررسی عددی دینامیک حباب گازی کروی کوچک که توسط سیال غیر قابل تراکم در یک رگ محدود شده است هنگامی که تحت اثرات اکوستیک دیواره رگ قرار می‌گیرد، پرداخته شده است. مایع پیرامون حباب از نوع تیکسوتروپیک فرض شده است که با مدل مور مدلسازی شده است. رگ نیز انعطاف‌پذیر با مدل الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. پس از استخراج معادلات دیفرانسیلی- انتگرالی حاکم بر دینامیک حباب، معادلات حاکم با استفاده از حلگر ODE23s نرم افزار MATLAB بصورت عددی حل شده‌اند. با توجه به نتایج عددی بدست آمده، افزایش پارامترهایی مانند نسبت ویسکوزیته سیال، الاستیسیته دیواره رگ، فشار بخار، فشار گاز محبوس داخل حباب و همچنین فاکتور هندسی همگی تاثیر قابل توجهی در کاهش دامنه نوسانات حباب گازی داشتند هرچند افزایش پارامترهایی نظیر عدد تیکسوتروپی سیال، عدد فروپاشی، کشش سطحی فصل مشترک حباب/سیال و همچنین عدد رینولدز جریان منجر به رشد نوسانات حباب شده‌است. همچنین رفتار غالب نازک شونده سیال به همراه مقادیر کوچک کشش سطحی فصل مشترک به عنوان دو عامل مهم به-منظور جلوگیری از افزایش بیش از حد حداکثر تنش شعاعی وارد شده به روکش الاستیک شناخته شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Dollet B, Marmottant P, Garbin V (2019) Bubble dynamics in soft and biological matter. Annu Rev Fluid Mech 51: 331-355.
[2] Mukundakrishnan K, Ayyaswamy PS, Eckmann DM (2009) Bubble motion in a blood vessel: shear stress induced endothelial cell injury. J Biomech Eng 31(7): 074516.
[3] Dai B, Liu C, Liu S, Wang D, Wang Q, Zou T, Zhou X (2023) Life cycle techno-enviro-economic  assessment of dual-temperature evaporation transcritical CO2 high-temperature heat pump systems for industrial waste heat recovery. Appl Therm Eng 219 Part B: 119570.
[4] Nesser HJ, Karia DH, Tkalec W, Pandian NG (2002) Therapeutic ultrasound in cardiology. Herz  27(3): 269-278
]5[ حسینی س­ب، مهدی م­ا  (1398) بررسی عددی رفتار شعاعی و فشار انتشاریافته از میکروحباب پوشش‌دار در مجاورت مرزهایی با الاستیسیته متفاوت در تصویربرداری فراصوت. دوفصلنامه مکانیک سیالات و آیرودینامیک 8 (2) :59-71
]6[ نصری م­ر، فاتخاری یزدی م (1397)  مطالعه عددی تاثیر اضافه‌کردن میکروحباب‌ها بر کاهش درگ در جریان آشفته داخل کانال افقی. چهارمین کنفرانس سراسری دانش و فناوری مهندسی مکانیک و برق ایران. / https://civilica.com/doc/881990
]7[ محمدنوری ن، ساقری­چی­ها م، سخاوت س (1385) مدلسازی اندرکنش بین میکروحباب و جریان سیال با استفاده از گردابه‌های تصادفی. دهمین کنفرانس دینامیک شاره­ها. /https://civilica.com/doc/26357
[8] Rayleigh (1917) On the pressure developed in a liquid during the collapse of a spherical cavity. Philos Mag 34: 94–98.
[9] Plesset MS, Prosperetti A (1977) Bubble dynamics and cavitation. Annu Rev Fluid Mech 9: 145–185.
[10] Wang QX, Blake JR (2010) Non-spherical bubble   dynamics in a compressible liquid. Part 1. Travelling acoustic wave. J Fluid Mech 659: 191–224.
[11] Wang QX, Blake JR (2011) Non-spherical bubble dynamics in a compressible liquid. Part 2. Acoustic standing wave. J Fluid Mech 679: 559–581.
[12] Martynov S, Stride E, Saffari N (2009) The natural frequencies of microbubble oscillation in elastic vessels. J Acoust Soc Am 126(6): 2963–2972.
[13] Duncan JH, Milligan CD, Zhang SG (1996) On the interaction between a bubble and a submerged compliant structure. J Sound Vib 197(1): 17–44.
[14] Han R, Li S, Zhang AM, Wang QX (2016) Numerical modelling for three dimensional coalescence of two bubbles. Phys Fluids 28: 062104.
[15] Vincent O, Marmottant P, Gonzalez-Avila SR, Ando RK, Ohl CD (2014a) The fast dynamics of cavitation bubbles within water confined in elastic solids. J Soft Matter 10: 1455–1461.
[16] Vincent O, Marmottant P, Quinto-Su PA, Ohl CD (2012) Birth and growth of cavitation bubbles withinwater under tension confined in a simple synthetic tree. Phys Rev Lett 108(18): 184502.
[17] Vincent O, Sessoms DA, Huber EJ, Guioth J, Stroock AD (2014b) Drying by cavitation and poroelastic relaxations in porous media with macroscopic pores connected by nanoscale throats. Phys Rev Lett 113(13):134501.
[18] Hamaguchi F, Ando K (2015) Linear oscillation of gas bubbles in a viscoelastic material under ultrasound irradiation. Phys Fluids 27: 113103.
[19] Jimenez-Fernandez J, Crespo A (2005) Bubble oscillation and inertial cavitation in viscoelastic fluids. Ultrasonics 43(8): 643–651.
[20] Yang WJ, Yeh HC (1966) Theoretical study of bubble dynamics in purely viscous Fluids. AIChE J 12(5): 927–931.
[21] Hua C, Johnsen E (2013) Nonlinear oscillations following the Rayleigh collapse of a gas bubble in a linear viscoelastic (tissue-like) medium. Phys Fluids 25(8): 083101.
[22] Arefmanesh A, Madandar Arani M, Abbasian Arani A (2022) Dynamics of a bubble in a power-law fluid confined within an elastic Solid. Eur J Mech B Fluids 94: 29–36.
[23] Wang QX (2017) Oscillation of a bubble in a liquid confined in an elastic solid. Phys Fluids 29 (7): 072101.
[24] Huang CR, Fabsak W (1976) Thixotropic parameters of whole human blood. Thromb Res 8(2): 1-8.
[25] Javadi E, Jamali S (2022) Thixotropy and rheological hysteresis in blood flow. J Chem Phys 156: 084901. 
[26] Armstrong M, Rook K, Pulles W, Deegan M, Corrigan T (2021) Importance of viscoelasticity in the thixotropic behavior of human blood. Rheol Acta 60: 119-140.
[27] Hosseinkhah N, Hynynen K (2012) A three-dimensional model of an ultrasound contrast agent gas bubble and its mechanical effects on micro vessels. Phys Med Biol 57: 785–808.
[28] Hosseinkhah N, Chen H, Matula TJ, Burns PN, Hynynen K (2013) Mechanisms of micro bubble–vessel interactions and induced stresses: A numerical study. J Acoust Soc Am 134(3): 1875-1885.
[29] Derksen JJ (2011) Simulations of Thixotropic Liquids. Appl Math Model 35(4):1656-1665.
 
[30] Macosko CW (1994) Rheology, principles, measurements, and applications. Wiley-VCH, New York.
[31] Amini Kafiabad H, Sadeghy K (2010) Chaotic behavior of a single spherical gas bubble surrounded by a Giesekus liquid: A numerical study. J Nonnewton Fluid Mech 165: 800-811.
[32] Omale D, Ojih PB, Ogwo MO (2014) Mathematical analysis of stiff and non-stiff initial value problems of ordinary differential equation using Matlab. IJSER 5(9): 2229- 5518.
[33] Zimmerman WBJ (2006) Multiphysics modeling  with finite element methods. World Scientific, Singapore.
[34] Drazin PG, Reid WH (1981) Hydrodynamic stability. Cambridge university press, Cambridge.
[35] Boyd JP (2000) Chebyshev and fourier spectral methods. DOVER Publications, New York.