試驗結果定性分析

以高速攝影機攝取壓力波擊破位於不同間距雙穴蝕氣泡的連續影像

，影像時間間距為 1/8000 秒，分析各種不同間距氣泡破裂流場交互作用 的特性。

4.3.1 γ^≈2 雙氣泡破裂交互作用之分析

此情況之氣泡間的球心距為兩倍氣泡半徑，也就是兩顆氣泡表面是 緊鄰的狀態，分別就不同之壓力震波去擊破氣泡，氣泡受壓變化情形與 氣泡破裂相互作用過程之物理現象進行比較與討論如下：

(1)兩顆皆破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，如 圖 4.1 所示，峰值為 186kpa 的壓力震波由左往右傳入，氣泡受壓後，左 側氣泡開始變形、內凹，並出現液體噴流，而右側氣泡受壓後變為半圓 球形狀，因受左側氣泡傳遞的壓力，使右側也有噴流的出現，如第 01 行

至第 03 行影像所示。左側氣泡會產生往圓心對稱內凹，累積能量於被壓 縮之氣泡內，且和液體噴流繼續往右前進，變成圓錐狀並產生左邊氣泡 的破裂，如第 04 行至第 05 行影像所示。左側氣泡破裂後分離成上下兩 邊，繼續被右側氣泡拉往右邊，最終右側氣泡也衝破重疊的氣泡表面，

氣泡間互相牽引時，左側氣泡有空洞的出現，如第 06 行至第 10 行影像 所示。圖 4.19 為γ^≈2 管內兩顆皆破之壓力波強度變化關係；壓力波強度 186kpa，隨後之拉張力波強度為 41kpa，脈衝歷時 4.63ms，氣泡受壓力 變形達到最大時發生於圖 4.1 之第 05 行第二張影像，為左側氣泡第一次 破裂之後，隨後壓力逐漸降低至拉張力波強度並趨於穩定。

(2)左破右不破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，

如圖 4.2 所示，峰值為 121kpa 的壓力震波由左往右傳入，氣泡受壓後，

左側氣泡開始變形、內凹，一樣有液體噴流的出現，因為此現象壓力波 較為低，故右側氣泡雖因受壓後變為半圓球形狀，但無較明顯的液體噴 流出現，如第 01 行至第 04 行影像所示。左側氣泡內凹後，累積之能量 和液體噴流繼續往右前進，右側氣泡因左側壓力傳遞，使得氣泡壓成較 為扁平的橢圓形，如第 05 行至第 07 行影像所示。左側氣泡破裂後分離 成上下兩邊被右側吸引，而右側氣泡被左側氣泡的能量往左拉回，球狀 形的現象往左前進至雙氣泡穩定靜止不動，如第 08 行至第 10 行影像所 示。圖 4.20 為γ^≈2 管內左破右不破之壓力波強度變化關係；壓力波強度 121kpa，隨後之拉張力波強度為 50kpa，脈衝歷時 2.55ms，由於互相拉 扯的關係，由圖 4.20 可發現壓力曲線上下震盪直到 26ms 後壓力逐漸降 低並趨於穩定。

(3)兩顆皆不破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，

如圖 4.3 所示，峰值為 64.5kpa 的壓力震波由左往右傳入，左側氣泡因為 此壓力波低於表面張力，因此在尚未產生內凹及出現液體噴流時，就先

被右側氣泡拉入，而當液體噴流出現時，使右側氣泡也向內凹，如第 01 行至第 03 行影像所示。左側氣泡分離為上下兩邊，往右前進，因為壓力 波較為弱，所以左側氣泡不會破裂，但會受右側氣泡的牽引，使得左側 氣泡形成一個開口朝右的凹字狀，右側氣泡則為開口朝左的凸字狀，如 第 04 行至第 06 行影像所示。而在兩側互相牽引作用後使得氣泡回復至 穩定的狀態，但已不是如起初的圓球狀，如第 07 行至第 10 行影像所示。

圖 4.21 為 γ^≈2 管內兩顆皆不破之壓力波強度變化關係；壓力波強度 65.6kpa，隨後之拉張力波強度為 34.5kpa，脈衝歷時 2.28ms，由於壓力 波較小，氣泡間互相拉扯後，由圖 4.21 可發現壓力曲線的震盪並不是很 劇烈。

4.3.2 γ^≈3 雙氣泡破裂交互作用之分析

此情況之氣泡間的球心距為三倍氣泡半徑，也就是兩顆氣泡表面為 相距約一倍氣泡半徑的狀態，分別就不同之壓力震波去擊破氣泡，氣泡 受壓變化情形與氣泡破裂相互作用過程之物理現象進行比較與討論如 下：

(1)兩顆皆破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，如 圖 4.4 所示，峰值為 184kpa 的壓力震波由左往右傳入，左側氣泡受壓後 開 始 變 形 內 凹 並 出 現 液 體 噴 流 ， 並 在 第 03 行 第 三 張 影 像 時 出 現 Kelvin-Helmholtz 渦流，而右側的氣泡直到第 02 行第三張時才有液體噴 流的出現，且為半圓球狀的氣泡，過程如第 01 行至第 03 行影像所示。

左側氣泡的渦流受壓力波的關係繼續往右前進，且有一顆小顆的氣泡分 離被右側氣泡吸引如第 05 行第一張影像，而本身的主結構則被分離成上 下兩部分被右側氣泡所吸引，右側氣泡在第 05 行第二張影像時也出現蕈 狀雲與 Kelvin-Helmholtz 渦流，過程如第 04 行至第 05 行影像所示。左 側氣泡被右側氣泡的牽引結果形成上下兩側的長型氣泡繼續前進，右側

氣泡的左表面因左側氣泡的吸引而形成凸字狀朝左邊、而右邊表面亦形 成小氣泡且脫離，互相影響後趨於穩定，過程如第 06 行至第 10 行影像 所示。圖 4.22 為γ^≈3 管內兩顆皆破之壓力波強度變化關係；壓力波強度 184kpa，隨後之拉張力波強度為 48kpa，脈衝歷時 5.97ms，若擊破氣泡 的壓力波較強，則可能分離出小氣泡。

(2)左破右不破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，

如圖 4.5 所示，峰值為 112kpa 的壓力震波由左往右傳入，氣泡受壓後，

左側氣泡開始變形、內凹，一樣有液體噴流的出現，右側氣泡的液體噴 流較不明顯，且內凹情形無左側明顯，如第 01 行至第 04 行影像所示。

左側氣泡破裂時形成蕈狀雲但隨即則被右側氣泡拉成類似立體的梯形狀

，而右側氣泡因壓力波小於其表面的張力，雖然氣泡表面會重疊但無法 衝破其表面，如第 05 行至第 07 行影像所示。左側氣泡受右側氣泡的牽 引，慢慢趨近於橢圓形狀，而右側氣泡則形成一個向右的凸字狀，如第 08 行至第 10 行影像所示。圖 4.23 為 γ^≈3 管內左破右不破之壓力波強度 變化關係；壓力波強度 112kpa，隨後之拉張力波強度為 70kpa，脈衝歷 時 5.24ms，過程中於 70kpa 後壓力就逐漸下降至 58kpa 左右，並趨於穩 定。

(3)兩顆皆不破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，

如圖 4.6 所示，峰值為 62.5kpa 的壓力震波由左往右傳入，氣泡受壓後，

左側氣泡開始變形、內凹，一樣有液體噴流的出現，但因壓力波遠小於 表面張力，因此氣泡無破裂的現象發生，而右側氣泡則連液體噴流都沒 有出現，但因受壓力波的影響被擠壓成半圓球狀，如第 01 行至第 03 行 影像所示。左側氣泡受壓後受右側氣泡的影響形成向右的凸字狀，而右 側的氣泡因左側的吸引而成半圓球狀向左，如第 04 行至第 06 行影像所 示。兩氣泡在壓力波不強的狀態下，很快各自趨於穩定，如第 07 行至第

10 行影像所示。圖 4.24 為γ^≈3 管內兩顆皆不破之壓力波強度變化關係；

壓力波強度 62.5kpa，隨後之拉張力波強度為 37kpa，脈衝歷時 3.33ms，

在 3ms 到 10ms 時，因互相的牽引使得壓力曲線呈現微微的震盪。

4.3.3 γ^≈4 雙氣泡破裂交互作用之分析

此情況之氣泡間的球心距為四倍氣泡半徑，也就是兩顆氣泡表面為 相距約兩倍氣泡半徑的狀態，分別就不同之壓力震波去擊破氣泡，氣泡 受壓變化情形與氣泡破裂相互作用過程之物理現象進行比較與討論如 下：

(1)兩顆皆破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，如 圖 4.7 所示，峰值為 171kpa 的壓力震波由左往右傳入，氣泡受壓後，左 側氣泡開始變形、內凹，並有液體噴流的出現，氣泡有微微的向右移動，

如第 01 行至第 03 行影像所示。當左側氣泡表面無法承受壓力時變成圓 錐體狀，氣泡破裂後則由中心軸分成上下兩邊被右側氣泡牽引向右，而 右側氣泡亦生成液體噴流，壓力波影響破裂後形成凸字狀向右，如第 04 行至第 06 行影像所示。左側氣泡分成上下後繼續被右側氣泡牽引，右側 氣泡尾端由於慣性力的影響使得尾端氣泡被拉成似十字型的氣泡，慢慢 分成上下兩邊，在互相作用後兩側都拉成長條形的不規則狀，如第 07 行 至第 10 行影像所示。圖 4.25 為 γ^≈4 管內兩顆皆破之壓力波強度變化關 係；壓力波強度 171kpa，隨後之拉張力波強度為 58kpa，脈衝歷時 3.06ms。

(2)左破右不破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，

如圖 4.8 所示，峰值為 107.5kpa 的壓力震波由左往右傳入，氣泡受壓後，

左側氣泡開始變形、內凹，有液體噴流的出現，右側氣泡則形成半圓球 狀的形狀，如第 01 行至第 02 行影像所示。左側氣泡破裂後形成蕈狀雲，

但隨即被右側氣泡牽引變成扁平狀的向右凸字形，右側氣泡則被壓成較

扁帶有液體噴流的氣泡、但因左側氣泡的影響而成向左的凸字狀，如第 03 行至第 05 行影像所示。在互相牽引後，兩側氣泡變成橢圓形狀後再 趨於穩定成圓形氣泡，如第 06 行至第 10 行影像所示。圖 4.26 為 γ^≈4 管 內左破右不破之壓力波強度變化關係；壓力波強度 107.5kpa，隨後之拉 張力波強度為 28kpa，脈衝歷時 3.95ms。

(3)兩顆皆不破：雙氣泡受壓力變化情形與氣泡破裂相互作用過程，

如圖 4.9 所示，峰值為 62.5kpa 的壓力震波由左往右傳入，氣泡受壓後，

左側氣泡開始變形並形成半圓球狀的狀態，右側也因為壓力波的影響而 成向右前進的半圓球狀，如第 01 行至第 04 行影像所示。右側氣泡有抵 抗的作用力，因此左側氣泡被壓成較為扁平的狀態，而因相互作用下，

兩側氣泡都形成向左的半圓球狀，如第 05 行至第 10 行影像所示。因為 此狀態的壓力波較為低，因此連液體噴流都無出現於氣泡中。圖 4.27 為

兩側氣泡都形成向左的半圓球狀，如第 05 行至第 10 行影像所示。因為 此狀態的壓力波較為低，因此連液體噴流都無出現於氣泡中。圖 4.27 為