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Molecular dynamics simulations of cavitation bubble collapse and sonoluminescence

Schanz, Daniel und Metten, Burkhard und Kurz, Thomas und Lauterborn, Werner (2012) Molecular dynamics simulations of cavitation bubble collapse and sonoluminescence. New Journal of Physics, Vol. 14 (11), Seiten 1-35. Institute of Physics (IOP) Publishing. DOI: 10.1088/1367-2630/14/11/113019 ISSN 1367-2630

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The dynamics of the medium within a collapsing and rebounding cavitation bubble is investigated by means of molecular dynamics (MD) simulations adopting a hard sphere model for the species inside the bubble. The dynamics of the surrounding liquid (water) is modelled by a Rayleigh–Plesset (RP)-type equation coupled to the bubble interior by the gas pressure at the wall obtained from the MD calculations. Water vapour and vapour chemistry are included in the RP-MD model as well as mass and energy transfer through the bubble wall. The calculations reveal the evolution of temperature, density and pressure within a bubble at conditions typical of single-bubble sonoluminescence and predict how the particle numbers and densities of different vapour dissociation and reaction products in the bubble develop in space and time. Among the parameters varied are the sound pressure amplitude of a sonoluminescence bubble in water, the noble gas mixture in the bubble and the accommodation coefficients for mass and energy exchange through the bubble wall. Simulation particle numbers up to 10 million are used; most calculations, however, are done with one million particles to save computer run time. Validating the MD code has been done by comparing MD results with solutions obtained by continuum mechanics calculations for the Euler equations.

Titel:Molecular dynamics simulations of cavitation bubble collapse and sonoluminescence
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iD
Metten, BurkhardDrittes Physikalisches Institut, Universität GöttingenNICHT SPEZIFIZIERT
Kurz, ThomasDrittes Physikalisches Institut, Universität GöttingenNICHT SPEZIFIZIERT
Lauterborn, WernerDrittes Physikalisches Institut, Universität GöttingenNICHT SPEZIFIZIERT
Erschienen in:New Journal of Physics
Referierte Publikation:Ja
In Open Access:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:Vol. 14
DOI :10.1088/1367-2630/14/11/113019
Seitenbereich:Seiten 1-35
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
Stichwörter:cavitation bubble, molecular dynamics (MD), sonoluminescence bubble, single-bubble
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Starrflügler (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Starrflüglerforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Simulation & Validierung (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:19 Nov 2012 16:04
Letzte Änderung:08 Mär 2018 18:47

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