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Forschung im Ingenieurwesen

, Volume 72, Issue 3, pp 175–182 | Cite as

The collapse of micro cavitation bubbles

  • S. aus der WiescheEmail author
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Abstract

The inertia dominated collapse of micro cavitation bubbles in a viscous liquid with surface tension is investigated. In addition to the well known dramatic collapse mode, a smooth decrease of the void cavity is also possible due to the viscous damping. This effect is especially important for micro bubbles although the importance of surface tension increases strongly with decreasing initial radius. The collapse discussion can be performed easily without large numerical efforts by means of an analytical collapse criterion formulated by Bogoyavlenskiy. The results presented are relevant for cavitation theory and particular helpful for applications in microfluidic systems.

Keywords

Surface Tension Cavitation Cavitation Bubble Bubble Radius Bubble Dynamic 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Kollabierung von Blasen bei der Mikrokavitation

Zusammenfassung

Es wird der trägheitsdominierte Kollaps von Mikrodampfblasen in einer viskosen Flüssigkeit mit Oberflächenspannung untersucht. Aufgrund der viskosen Dämpfung ist neben dem bekannten singulären Kollaps auch ein schleichendes Verschwinden der Blase möglich, was insbesondere für sehr kleine Blasenradien trotz der Bedeutungszunahme der Oberflächenspannung relevant ist. Die Diskussion kann mit Hilfe eines von Bogoyavlenskiy formulierten analytischen Kollapskriteriums transparent und ohne größeren numerischen Aufwand geführt werden. Die gefundenen Resultate können für die Kavitationstheorie und für Anwendungen in mikrofluidischen Systemen verwendet werden.

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References

  1. 1.
    Besant H (1859) Hydrostatics and Hydrodynamics, § 158. Cambridge University Press, CambridgeGoogle Scholar
  2. 2.
    Lord Rayleigh (1917) On the Pressure Developed in a Liquid During the Collapse of a Spherical Cavity. Phil Mag 34:94–98Google Scholar
  3. 3.
    Young FR (1989) Cavitation. McGraw-Hill, LondonGoogle Scholar
  4. 4.
    Plesset MS, Prosperetti A (1977) Bubble Dynamics and Cavitation. Ann Rev Fluid Mech 9:145–185CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Feng ZC, Leal LG (1997) Nonlinear Bubble Dynamics. Ann Rev Fluid Mech 29:201–243CrossRefMathSciNetGoogle Scholar
  6. 6.
    Zababakhin EI (1960) Prikl Mat Mekh 24:1129 (in Russian)Google Scholar
  7. 7.
    Bogoyavlenskiy VA (1999) Differential criterion of a bubble collapse in viscous liquids. Phys Rev E 60:504–508CrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Allen RR, Meyer JD, Knight WR (1985) Thermodynamics and Hydrodynamics of Thermal Ink Jets. Hewlett-Packard-Journal 36:21–27Google Scholar
  9. 9.
    Asai A (1992) Three-dimensional calculation of bubble growth and drop ejection in a bubble jet printer. J Fluids Eng 114:638–641CrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    Runge W (1993) Berechnungsmodell thermischer Tintenschreibwerke. PhD Thesis, TU München, GermanyGoogle Scholar
  11. 11.
    aus der Wiesche S, Rembe C, Hofer EP (1999) Boiling of superheated liquids near the spinodal: I General theory. Heat Mass Transfer 35:25–31CrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    aus der Wiesche S, Rembe C, Hofer EP (1999) Boiling of superheated liquids near the spinodal: II Application. Heat Mass Transfer 35:143–147CrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    Rembe C, aus der Wiesche S, Hofer EP (1999) Investigations of Nonreproducible Phenomena in Thermal Ink Jets with Real High-Speed Cine Photomicrography. J Imaging Sci Technol 43:325–331Google Scholar
  14. 14.
    aus der Wiesche S (2001) Modellbildung und Simulation thermofluidischer Mikroaktoren für die Mikrodosierung, Fortschritt-Berichte VDI. VDI-Verlag, DüsseldorfGoogle Scholar
  15. 15.
    Hofer EP, aus der Wiesche S, Rembe C, Patzer J, Gluche P, Leuner R, Kohn E (1998) The diamond ink jet. In: Jan Bares (ed) Proc. of SPIE vol 3409: Electronic Imaging: processing, Printing, and Publishing in Color, ZurichGoogle Scholar
  16. 16.
    Gluche P, Leuner R, Vescan A, Ebert W, Kohn E, Rembe C, aus der Wiesche S, Hofer EP (1998) Actuator – sensor technology on electronic grade diamond films. Microsyst Technol 5:38–43CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    Plesset MS, Zwick SA (1955) On the Dynamics of Small Vapor Bubbles in Liquids. J Math Phys 33:309MathSciNetGoogle Scholar
  18. 18.
    Zuber N (1961) The dynamics of Vapor Bubbles in Nonuniform Temperature Fields. Int J Heat Mass Transf 2:83–98CrossRefGoogle Scholar
  19. 19.
    Keller JB, Kolodner II (1956) Damping of underwater explosion bubble oscillations. J Appl Phys 27:1152CrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    Keller JB, Miksis MJ (1980) Bubble oscillations of large amplitude. J Acoust Soc Am 68:628zbMATHCrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    Prosperetti A, Lezzi A (1986) Bubble dynamics in a compressible liquid. Part 1. First – order theory. J Fluid Mech 185:286Google Scholar
  22. 22.
    Smirnow WI (1987) Lehrgang der höheren Mathematik. Teil III/2, § 165. 13rd edition. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin (in German)Google Scholar
  23. 23.
    Frenkel JI (1957) Kinetische Theorie der Flüssigkeiten, chapter VII. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin (in German)Google Scholar
  24. 24.
    Landau LD, Lifschitz EM (1987) Statistische Physik, § 162, 7th edition. Akademie-Verlag, Berlin (in German)Google Scholar
  25. 25.
    van Strahlen SJ, Cole R (1979) Boiling Phenomena. Vol. 1, chapter II. Hemisphere, WashingtonGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 2008

Authors and Affiliations

  1. 1.Fachbereich MaschinenbauFachhochschule MünsterSteinfurtGermany

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