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An Analysis of Linear Wave Propagation in Non-Equilibrium Bubbly, One-Component, Two-phase Flow

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A homogeneous single bubble continuum model for a dilute one-component two-phase bubbly liquid mixture based on the Foldy approximation is used to study the linear dispersion relation of acoustic wave propagation. We concentrate on the effects of the non-equilibrium phase transition and heat conduction at the phase interface. The derived formulas are quite general but as an example we discuss numerical results for Freon 11 (CCl3F). Determining the relative importance of the different dissipative sources a stabilization effect of liquid viscosity on the propagating mode is verified. In accordance with earlier observations a characteristic decrease of phase speed in the low frequency region and an increase of the wave attenuation are demonstrated.

Zusammenfassung

Ausgehend von einem homogenen Einzelblasen-Kontinuumsmodell für verdünnte, einkomponentige Zweiphasen-Flüssigkeitsblasengemische auf der Grundlage der Foldynäherung wird die lineare Dispersionsrelation für die akustische Wellenausbreitung untersucht. Der Schwerpunkt der Betrachtung liegt auf den Effekten des Nichtgleichgewichtsphasenübergangs und der Wärmeleitung an der Phasengrenze. Die hergeleiteten Formeln sind allgemeingültig, aber als spezielles Stoffbeispiel werden numerische Ergebnisse für Freon 11 (CCl3F) diskutiert. Beim Vergleich der relativen Bedeutung der verschiedenen dissipativen Quellen wird ein Stabilisierungseffekt der Flüssigkeitsviskosität auf die sich ausbreitende Welle nachgewiesen. In Übereinstimmung mit früheren Untersuchungen werden eine charakteristische Absenkung der Phasengeschwindigkeit im Niederfrequenzbereich und eine Erhöhung der Dämpfung nachgewiesen.

Sommaire

On étudie la dispersion linéaire des ondes acoustiques se propageant dans un milieu chimiquement pur formé d'un mélange liquide-vapeur, avec bulles sphériques. Le modèle de référence est un continuum homogène à un seul fluide auquel on applique l'approximation de Foldy. On a recherché spécialement les effets d'une transition de phase hors d'équilibre et de la conduction thermique au niveau de l'interface de phase. Les formules obtenues sont très générates mais on a traité numériquement l'exemple du fréon 11 (CCl3F). Une détermination de l'importance relative des différentes sources de dissipation fait conclure à un effet de stabilisation dû à la viscosité de la phase liquide sur l'amplitude du mode propagatif. Comme des observations antérieures l'avaient déjà montré, la vitesse de phase décroît et l'atténuation croît lorsque la fréquence diminue.
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Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 1987

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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