Published December 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Effect of a modulated acoustic field on the dynamics of a vibrating charged bubble

Creators

  • 1. Redeemer's University
  • 2. Lancaster University

Description

We investigate the effect of amplitude-modulated acoustic irradiation on the dynamics of a charged bubble vibrating in a liquid. We show that the potential V(x) of the bubble, and the number and stability of its equilibria, depend on the magnitude of the charge it carries. Under high-frequency amplitude-modulation, a modulation threshold, Gth, was found for the onset of increased bubble amplitude oscillations. For some pressure field values, charge can facilitate the control of chaotic dynamics via reversed period-doubling bifurcation sequences. There is evidence for peak-shouldering and shock waves. The Mach number increases rapidly with the drive amplitude G. In the supersonic regime, for G>1.90Pa, the high-frequency modulation raises both Blake's and the transient cavitation thresholds. We found a decrease in the bubble's maximum charge threshold, and threshold modulation amplitude for the occurrence Vibrational resonance (VR). VR occurs due to the modulated oscillatory pressure field, and the influence on VR of the electrostatic charge, and other parameters of the system are investigated. In contrast to the cases of VR reported earlier, where the amplitude G of the high-frequency driving is typically much higher than the amplitude of the low-frequency driving (Ps), the VR resonance peaks occur here at relatively low G values (0<G<10 Pa) compared to the acoustic driving pressure Ps∼105Pa. The optimal parameter values for enhanced response could be useful in acoustic cavitation applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نحن نحقق في تأثير التشعيع الصوتي المعدل بالسعة على ديناميكيات الفقاعة المشحونة التي تهتز في السائل. نوضح أن الجهد V(x) للفقاعة، وعدد واستقرار توازناتها، يعتمد على حجم الشحنة التي تحملها. تحت تعديل السعة عالية التردد، تم العثور على عتبة تعديل، GTH، لبداية زيادة ذبذبات سعة الفقاعة. بالنسبة لبعض قيم مجال الضغط، يمكن للشحنة تسهيل التحكم في الديناميكيات الفوضوية عبر متواليات تشعب مضاعفة الفترة العكسية. هناك أدلة على موجات الذروة والصدمة. يزداد عدد الماك بسرعة مع ارتفاع المحرك G. في النظام الأسرع من الصوت، بالنسبة لـ G>1.90Pa، فإن تعديل التردد العالي يرفع كل من عتبات بليك والتجويف العابر. وجدنا انخفاضًا في عتبة الشحن القصوى للفقاعة، وسعة تعديل العتبة لحدوث الرنين الاهتزازي (VR). يحدث الواقع الافتراضي بسبب مجال الضغط التذبذبي المضمن، والتأثير على الواقع الافتراضي للشحنة الكهروستاتيكية، ويتم فحص المعلمات الأخرى للنظام. على النقيض من حالات الواقع الافتراضي التي تم الإبلاغ عنها سابقًا، حيث تكون سعة G للقيادة عالية التردد عادة أعلى بكثير من سعة القيادة منخفضة التردد (PS)، تحدث قمم رنين الواقع الافتراضي هنا عند قيم G منخفضة نسبيًا (0<G<10 Pa) مقارنة بضغط القيادة الصوتي Ps? 105Pa. يمكن أن تكون قيم المعلمات المثلى للاستجابة المحسنة مفيدة في تطبيقات التجويف الصوتي.

Translated Description (French)

Nous étudions l'effet de l'irradiation acoustique modulée en amplitude sur la dynamique d'une bulle chargée vibrant dans un liquide. Nous montrons que le potentiel V(x) de la bulle, ainsi que le nombre et la stabilité de ses équilibres, dépendent de l'ampleur de la charge qu'elle porte. Sous modulation d'amplitude à haute fréquence, un seuil de modulation, Gth, a été trouvé pour l'apparition d'oscillations d'amplitude de bulle accrues. Pour certaines valeurs de champ de pression, la charge peut faciliter le contrôle de la dynamique chaotique via des séquences de bifurcation à doublement de période inversée. Il existe des preuves de pic d'épaules et d'ondes de choc. Le nombre de Mach augmente rapidement avec l'amplitude d'entraînement G. En régime supersonique, pour G>1,90Pa, la modulation haute fréquence augmente à la fois les seuils de cavitation de Blake et de cavitation transitoire. Nous avons trouvé une diminution du seuil de charge maximale de la bulle et de l'amplitude de modulation de seuil pour l'occurrence Résonance vibrationnelle (VR). VR se produit en raison du champ de pression oscillatoire modulé, et l'influence sur VR de la charge électrostatique, et d'autres paramètres du système sont étudiés. Contrairement aux cas de VR rapportés précédemment, où l'amplitude G de la conduite à haute fréquence est généralement beaucoup plus élevée que l'amplitude de la conduite à basse fréquence (Ps), les pics de résonance VR se produisent ici à des valeurs G relativement faibles (0<G<10 Pa) par rapport à la pression de conduite acoustique Ps∼105Pa. Les valeurs de paramètres optimales pour une réponse améliorée pourraient être utiles dans des applications de cavitation acoustique.

Translated Description (Spanish)

Investigamos el efecto de la irradiación acústica modulada en amplitud sobre la dinámica de una burbuja cargada que vibra en un líquido. Mostramos que el potencial V(x) de la burbuja, y el número y estabilidad de sus equilibrios, dependen de la magnitud de la carga que lleva. En la modulación de amplitud de alta frecuencia, se encontró un umbral de modulación, Gth, para el inicio de oscilaciones de amplitud de burbuja aumentadas. Para algunos valores de campo de presión, la carga puede facilitar el control de la dinámica caótica a través de secuencias de bifurcación inversas que duplican el período. Hay evidencia de picos de hombro y ondas de choque. El número de Mach aumenta rápidamente con la amplitud de accionamiento G. En el régimen supersónico, para G>1,90Pa, la modulación de alta frecuencia aumenta tanto los umbrales de Blake como los de cavitación transitoria. Encontramos una disminución en el umbral de carga máxima de la burbuja y en la amplitud de modulación del umbral para la ocurrencia de resonancia vibracional (VR). La RV se produce debido al campo de presión oscilatoria modulada, y se investiga la influencia en la RV de la carga electrostática y otros parámetros del sistema. En contraste con los casos de VR informados anteriormente, donde la amplitud G de la conducción de alta frecuencia es típicamente mucho mayor que la amplitud de la conducción de baja frecuencia (Ps), los picos de resonancia VR ocurren aquí a valores G relativamente bajos (0<G<10 Pa) en comparación con la presión de conducción acústica Ps~105Pa. Los valores óptimos de los parámetros para una respuesta mejorada podrían ser útiles en aplicaciones de cavitación acústica.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير المجال الصوتي المعدل على ديناميكيات الفقاعة المشحونة الاهتزازية
Translated title (French)
Effet d'un champ acoustique modulé sur la dynamique d'une bulle chargée vibrante
Translated title (Spanish)
Efecto de un campo acústico modulado sobre la dinámica de una burbuja cargada vibratoria

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4384832206
DOI
10.1016/j.ultras.2023.107110

Is supplement to
https://openalex.org/W2162174235 (Other)
https://openalex.org/W2143773860 (Other)
https://openalex.org/W2093157008 (Other)
https://openalex.org/W2070091937 (Other)
https://openalex.org/W2068642629 (Other)
https://openalex.org/W2060366623 (Other)
https://openalex.org/W2054254129 (Other)
https://openalex.org/W2037608065 (Other)
https://openalex.org/W2012415775 (Other)
https://openalex.org/W2004723848 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1968502610
  • https://openalex.org/W1970325218
  • https://openalex.org/W2001836469
  • https://openalex.org/W2008070225
  • https://openalex.org/W2008790361
  • https://openalex.org/W2012694035
  • https://openalex.org/W2016143573
  • https://openalex.org/W2021958517
  • https://openalex.org/W2024300328
  • https://openalex.org/W2040002552
  • https://openalex.org/W2051666997
  • https://openalex.org/W2055658466
  • https://openalex.org/W2078420324
  • https://openalex.org/W2139857200
  • https://openalex.org/W2159260872
  • https://openalex.org/W2163033221
  • https://openalex.org/W2218893281
  • https://openalex.org/W2252373491
  • https://openalex.org/W2317138703
  • https://openalex.org/W2412953627
  • https://openalex.org/W2532258021
  • https://openalex.org/W2588478476
  • https://openalex.org/W2903319592
  • https://openalex.org/W2903783613
  • https://openalex.org/W2937347338
  • https://openalex.org/W2991371752
  • https://openalex.org/W2998789246
  • https://openalex.org/W3011297647
  • https://openalex.org/W3012891498
  • https://openalex.org/W3025926474
  • https://openalex.org/W3080293665
  • https://openalex.org/W3094887996
  • https://openalex.org/W3097593999
  • https://openalex.org/W3100345962
  • https://openalex.org/W3103368135
  • https://openalex.org/W3120476493
  • https://openalex.org/W3124236811
  • https://openalex.org/W3127917922
  • https://openalex.org/W3128809684
  • https://openalex.org/W3159642671
  • https://openalex.org/W3181186888
  • https://openalex.org/W3184247481
  • https://openalex.org/W3184603130
  • https://openalex.org/W3196684050
  • https://openalex.org/W3199406574
  • https://openalex.org/W3201372865
  • https://openalex.org/W3206336442
  • https://openalex.org/W4221001504
  • https://openalex.org/W4221015722
  • https://openalex.org/W4229453135
  • https://openalex.org/W4282976491
  • https://openalex.org/W4284882459
  • https://openalex.org/W4310545952
  • https://openalex.org/W4317821577