Energy partition and shock wave propagation during cavitation bubble collapse

空化泡溃灭释放的冲击波是导致水力机械空蚀破坏的关键因素. 由于空化泡溃灭过程具有微米-纳秒级时空尺度，其能量分配机制的精准表征极具挑战性. 本研究采用超高时空分辨率双曝光技术结合时序阴影法，对毫米级激光诱导球形空化泡的溃灭形态演化及冲击波波阵面传播过程进行了高分辨率测量. 基于Gilmore模型与Kirkwood-Bethe（K-B）假设，引入泡内蒸汽连续凝结效应，建立了空化泡动力学计算模型，数值获得了空化泡半径演化规律及冲击波波阵面传播特性，并系统分析了溃灭过程中的能量分配规律. 结果表明：依据空化泡最大半径和振荡周期等关键参数调控泡内等效压力，可获得与实验高度吻合的空化泡半径及冲击波波阵面位置预测结果；溃灭冲击波速度可达3000 m/s以上，对应波阵面压力超过2 GPa，且波阵面压力衰减斜率逐渐减缓；受泡内不可凝结气体的影响，溃灭后空化泡仍保有一定反弹势能，冲击波能量与反弹势能之比约为17:1.