气泡振荡与迁移耦合模型下的时空关联特性及脉动传播机制研究

本研究针对气泡动力学中振荡与迁移耦合机制不清的关键问题，通过建立气泡动力学耦合模型，首次构建了气泡变形、运动与特征压力间的定量关联。研究发现水深、静压等参数显著影响气泡振荡频率，表面张力是迁移位移的主导因素，揭示了气泡动力学与流场突变的关联机制，为海洋工程中气泡行为预测提供了新视角。

　　

在海洋工程领域，气泡动力学行为一直是困扰科研人员的复杂问题。从水下爆炸到旋转机械空化，气泡的振荡与迁移特性直接影响着工程设备的性能和安全性。然而，现有研究对气泡振荡与迁移之间的耦合机制认识不足，特别是气泡动力学与流场突变之间的关联尚不明确。这种认知空白严重制约了气泡相关技术的工程应用，亟需建立定量化的关联模型来揭示其内在机制。

哈尔滨工程大学的研究团队在《Applied Ocean Research》发表了创新性研究成果。该研究通过建立气泡振荡与迁移耦合动力学模型，结合高速摄像实验验证，采用四阶龙格-库塔法进行数值求解，并引入Pearson相关系数进行时空关联分析。研究选取不同水深（0.25-0.5m）、初始静压（1-1.6P₀）和气泡半径（1.6-4.0mm）等参数，对火花气泡的动态行为进行了系统研究。

在"气泡振荡和迁移特性"部分，研究发现水深增加会导致气泡振荡频率升高，但缩短单次迁移过程时长。表面张力被证实是影响迁移位移和速度的首要因素（相关系数达0.866），而气泡壁压则是迁移加速度的主控参数。通过相关性分析发现，气泡半径与迁移位移呈现极强相关性，振荡速度与迁移加速度则呈现极弱相关性。

关于"流特性传播的空间相关性"，研究揭示了压力传播与气泡半径的相关性最强，其次是迁移速度和加速度。在x和y方向上，速度衰减均显著于压力衰减，其中y方向传播强度更大。特别值得注意的是，在y=0.05m的近场区域，压力峰值衰减率可达55.56%，而速度峰值衰减率高达75%。

研究结论部分明确指出，气泡动力学传播受生长、溃灭和迁移过程的共同影响。建立的时空关联指数成功量化了水深、特征压力与气泡迁移关键参数间的复杂关系，为气泡动力学研究提供了新的分析工具。该成果不仅完善了气泡动力学理论体系，更对水下爆炸防护、船舶减阻等工程应用具有重要指导价值。未来研究将进一步考虑气泡外部热边界层效应，建立包含自由气体和蒸汽气泡的传质模型。