- Код статьи
- 10.31857/S0040364423030122-1
- DOI
- 10.31857/S0040364423030122
- Тип публикации
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 61 / Номер выпуска 3
- Страницы
- 436-442
- Аннотация
- Разработана математическая модель и представлено численное исследование роста парового пузырька в результате акустического испарения сферической капли перфторуглерода, находящейся в вязкоупругой жидкости. Рассмотрены линейные реологические модели Кельвина‒Фойгта, Максвелла, Зенера и Олдройда. Задача сводится к решению системы обыкновенных дифференциальных уравнений для радиуса и температуры пузырька, радиуса капли, нормальных напряжений на границе капли совместно с уравнениями теплопроводности для внутренней и внешней жидкости. Пространственная дискретизация уравнений осуществляется с помощью неявной конечно-разностной схемы. Обыкновенные дифференциальные уравнения решаются методом Рунге‒Кутты пятого порядка с адаптивным вычислительным шагом. Для проверки корректности численного счета в частном случае проведено сравнение теоретических результатов с известными экспериментальными данными. Продемонстрировано влияние модуля сдвига, времени релаксации упругой несущей фазы и различия реологических моделей на радиальную динамику пузырька пара внутри капли, находящейся во внешней вязкоупругой жидкости.
- Ключевые слова
- Дата публикации
- 01.05.2023
- Год выхода
- 2023
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 5
Библиография
- 1. Kripfgans O.D., Fowlkes J.B., Miller D.L., Eldevik O.P., Carson P.L. Acoustic Droplet Vaporization for Therapeutic and Diagnostic Applications // Ultrasound Med. Biol. 2000. V. 26. P. 1177.
- 2. Sheeran P.S., Dayton P.A. Phase-change Contrast Agents for Imaging and Therapy // Curr. Pharm. Des. 2012. V. 18. P. 2152.
- 3. Kee A.L.J., Teo B.M. Biomedical Applications of Acoustically Responsive Phase Shift Nanodroplets: Current Status and Future Directions // Ultrason. Sonochem. 2019. V. 56. P. 37.
- 4. Rapoport N., Gao Z., Kennedy A. Multifunctional Nanoparticles for Combining Ultrasonic Tumor Imaging and Targeted Chemotherapy // J. Natl. Cancer Inst. 2007. V. 99. № 14. P. 1095.
- 5. Sheeran P.S., Wong V.P., Luois S., McFarland R.J., Ross W.D., Feingold S., Matsunaga T.O., Dayton P.A. Decafluorobutane as a Phase-change Contrast Agent for Low-energy Extravascular Ultrasonic Imaging // Ultrasound Med. Biol. 2011. V. 37. P. 1518.
- 6. Sheeran P.S., Luois S., Dayton P.A., Matsunaga T.O. Formulation and Acoustic Studies of a New Phase-shift Agent for Diagnostic and Therapeutic Ultrasound // Langmuir. 2011. V. 27. P. 10412.
- 7. Sheeran P.S., Luois S., Mullin L.B., Matsunaga T.O., Dayton P.A. Design of Ultrasonically-activatable Nanoparticles Using Low Boiling Point Perfluorocarbons // Biomaterials. 2012. V. 33. P. 3262.
- 8. Doinikov A.A., Sheeran P.S., Bouakaz A., Dayton P.A. Vaporization Dynamics of Volatile Perfluorocarbon Droplets: a Theoretical Model and in Vitro Validation // Med. Phys. 2014. V. 41. P. 102901.
- 9. Shpak O., Stricker L., Versluis M., Lohse D. The Role of Gas in Ultrasonically Driven Vapor Bubble Growth // Phys. Med. Biol. 2013. V. 58. P. 2523.
- 10. Шагапов В.Ш., Галимзянов М.Н., Вдовенко И.И. Особенности устойчивости и акустических свойств перегретой жидкости с газовыми зародышами при повышении давления // ТВТ. 2019. Т. 57. № 5. С. 748.
- 11. Шагапов В.Ш., Галимзянов М.Н., Вдовенко И.И. Особенности отражения прохождения акустических волн на границе «чистой» и пузырьковой жидкостей при прямом их падении // ТВТ. 2019. Т. 57. № 2. С. 284.
- 12. Cho S., Son G. A Level Set Method for Bubble Growth in Acoustic Droplet Vaporization // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2018. V. 93. P. 83.
- 13. Cho S., Son G. Numerical Study of Droplet Vaporization under Acoustic Pulsing Conditions // J. Mech. Sci. Technol. 2019. V. 33. № 4. P. 1673.
- 14. Park S., Son G. Numerical Investigation of Acoustic Vaporization Threshold of Microdroplets // Ultrason. Sonochem. 2021. V. 71. P. 105361.
- 15. Rapoport N. Phase-shift, Stimuli-responsive Perfluorocarbon Nanodroplets for Drug Delivery to Cancer // Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotecnol. 2012. V. 4. № 5. P. 492.
- 16. Guedra M., Coulouvrat F. A Model for Acoustic Vaporization of Encapsulated Droplets // J. Acoust. Soc. Amer. 2015. V. 138. № 6. P. 3656.
- 17. Lacour T., Brasier T., Coulouvrat F. Ultimate Fate of a Dynamical Bubble/Droplet System Following Acoustic Vaporization // Phys. Fluids. 2020. V. 32. P. 051702.
- 18. Prosperetti A. Vapor Bubbles // Annu. Rev. Fluid Mech. 2017. V. 49. P. 221.
- 19. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков: проблемы и достижения // ТВТ. 2013. Т. 51. № 3. С. 421.
- 20. Вараксин А.Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований // ТВТ. 2020. Т. 58. № 4. С. 646.
- 21. Губайдуллин Д.А., Никифоров А.А. Акустические волны в вязкоупругих пузырьковых средах // ТВТ. 2019. Т. 57. № 1. С. 150.
- 22. Губайдуллин Д.А., Панин К.А., Федоров Ю.В. Акустика жидкости с покрытыми оболочкой каплями при наличии фазовых переходов // Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 4. С. 41.
- 23. Warnez M.T., Johnsen E. Numerical Modeling of Bubble Dynamics in Viscoelastic Media with Relaxation // Phys. Fluids. 2015. V. 27. P. 063103.
- 24. Zilonova E., Solovchuk M., Sheu T.W.H. Bubble Dynamics in Viscoelastic Soft Tissue in High-intensity Focal Ultrasound Thermal Therapy // Ultrason. Sonochem. 2018. V. 40. P. 900.
- 25. Zilonova E., Solovchuk M., Sheu T.W.H. Dynamics of Bubble-bubble Interactions Experiencing Viscoelastic Drag // Phys. Rev. E. 2019. V. 99. P. 023109.
- 26. Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В. Акустические волны в жидкости с газовыми включениями, имеющими жидкую прослойку и вязкоупругую оболочку // ТВТ. 2021. Т. 59. № 4. С. 533.
- 27. Yang H., Desyatov A.V., Cherkasov S.G., McConnell D.B. On the Fulfillment of the Energy Conservation Law in Mathematical Models of Evolution of Single Spherical Bubble // Int. J. Heat Mass Transfer. 2008. V. 51. P. 3623.
- 28. Десятов А.В., Ильмов Д.Н., Кубышкин А.П., Черкасов С.Г. Математическое моделирование эволюции одиночного сферического парового пузырька на основе гомобарической модели // ТВТ. 2011. Т. 49. № 3. С. 436.
- 29. Ильмов Д.Н., Черкасов С.Г. Теплофизические процессы при сжатии парового пузырька в жидком углеводороде на основе гомобарической модели // ТВТ. 2012. Т. 50. № 5. С. 676.
- 30. Ильмов Д.Н., Филатов Н.И., Черкасов С.Г. Сжатие паровых включений в жидком водороде // Тепловые процессы в технике. 2015. № 8. С. 350.
- 31. Hao Y., Prosperetti A. The Dynamics of Vapor Bubbles in Acoustic Pressure Fields // Phys. Fluids. 1999. V. 11. P. 2008.
- 32. Десятов А.В., Ильмов Д.Н., Черкасов С.Г. Математическое моделирование эволюции одиночного сферического парового пузырька при его сжатии внешним давлением // ТВТ. 2008. Т. 46. № 1. С. 92.
