Αλληλεπίδραση μικροφυσαλίδας με ελαστικό περίβλημα (Contrast Agent) με γειτονικό τοίχωμα παρουσία ακουστικών διαταραχών

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή μελετάται αριθμητικά η αλληλεπίδραση μικροφυσαλίδας με ελαστικό περίβλημα με γειτονικό τοίχωμα. Το περιβάλλον ρευστό θεωρείται ανιξώδες και ασυμπίεστο του οποίου η πίεση διαταράσσεται είτε με βηματική, είτε με ημιτονοειδή διαταραχή στο άπειρο. Το περίβλημα της μικροφυσαλίδας θεωρείται ως ιξωδοελαστικό κέλυφος αμελητέου πάχους. Για τον υπολογισμό του δυναμικού της ταχύτητας του περιβάλλοντος ρευστού χρησιμοποιείται η μέθοδος των συνοριακών στοιχείων σε συνδυασμό με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για τη διακριτοποίηση του κάθετου και εφαπτομενικού ισοζυγίου δυνάμεων κατά μήκος της γενέτειρας καμπύλης του κελύφους, το οποίο θεωρείται αξονοσυμμετρικό. Για βηματική αλλαγή της πίεσης στο περιβάλλον ρευστό το ιξώδες του κελύφους αποσβένει τις ταλαντώσεις όγκου της μικροφυσαλίδας, ενώ η αλληλεπίδραση της τελευταίας με γειτονικό τοίχωμα δημιουργεί δευτερογενείς δυνάμεις Bjerknes οι οποίες προκαλούν τη μετατόπιση της φυσαλίδας. Ωστόσο η μεταφορική κίνηση της φυσαλίδας δεν μπορεί να ανακοπεί λόγω της απουσίας ιξώδους στο περιβάλλον ρευστό και της επίδρασης του ιξώδους του κελύφους μόνο στην ταλαντωτική κίνηση. Η μεταφορική κίνηση διατηρείται ακόμα και μετά την επίτευξη στατικής διαμόρφωσης από τη φυσαλίδα. Η επικρατούσα στατική διαμόρφωση είναι αυτή του ελλειψοειδούς και πρόκειται για ευσταθή κλάδο αναδυόμενο από τη σφαιρική διαμόρφωση υπό συμπίεση. Προκύπτει για μικροφυσαλίδες με μαλακά κελύφη και με σχετικά σημαντική αντίσταση στον λυγισμό και τη συμπίεση, που ευνοούν την επιμήκυνση παράλληλα στον άξονα συμμετρίας. Στατική διαμόρφωση με οδόντωση δεν μπορεί να ανακτηθεί από τις αριθμητικές προσομοιώσεις λόγω του φαινομένου της απόκλισης, “divergence”, και των επακόλουθων ασταθειών που διεγείρονται κατά την παραμόρφωση του κελύφους μέχρι την επίτευξη στατικής διαμόρφωσης. Στην περίπτωση αυτή προκρίνονται ασύμμετρα σχήματα με επιμήκυνση κάθετα στον άξονα συμμετρίας και σημαντικό επίπεδο λυγισμού στην περιοχή του πόλου. Όταν η φυσαλίδα διεγείρεται από διαταραχή ημιτονοειδούς μορφής με πλάτος κάτω από το όριο λυγισμού, λαμβάνει χώρα αρμονικός συντονισμός και η φυσαλίδα επιδεικνύει κυρίως ωοειδή σχήματα με προσανατολισμό κάθετα στο τοίχωμα. Η συγκεκριμένη διαμόρφωση είναι αποτέλεσμα έντονης μεταβολής της κινητικής ενέργειας στην περιοχή των πόλων του κελύφους η οποία αντισταθμίζεται από το ιξώδες του κελύφους οδηγώντας σε ωοειδή σχηματισμό. Η μείωση της απόστασης από το τοίχωμα δεν επηρεάζει σημαντικά το πλάτος ταλάντωσης της μικροφυσαλίδας και συνεπώς την ακουστική της απόκριση. Καθώς το πλάτος της εξωτερικής διαταραχής αυξάνει, παρατηρείται δυναμικός λυγισμός αμέσως μετά τη μέγιστη συμπίεση, ο οποίος οδηγεί σε διάρρηξη του κελύφους. Κατά τη διάρκεια των προσομοιώσεων δεν παρατηρήθηκε δημιουργία υγρής δέσμης υψηλής ταχύτητας (jet) και για τις δύο περιπτώσεις μεταβολής της πίεσης του περιβάλλοντος ρευστού, καθώς το ιξώδες του κελύφους αποσβένει την ταχύτητα στον πόλο, ενώ η ελαστικότητα του κελύφους δεν επιτρέπει τη δημιουργία έντονων εσοχών.