汽泡溃灭在空化过程中普遍存在,典型的汽泡溃灭有叶片吸力面云空化溃灭以及超声空化溃灭,这些典型的汽泡溃灭往往不是单个汽泡的溃灭,而是一团密集汽泡的溃灭。汽泡溃灭会诱导高速射流和高压冲击,从而造成材料剥蚀和空化噪声。叶片附近的云空化汽泡溃灭冲击力强,又频繁出现,具有相当的危害性。而超声空化中,则是利用了汽泡溃灭形成的冲击作用来清洁或打击物体。
汽泡溃灭问题的研究最早可追溯到1917年,瑞利分析了球对称汽泡在无界流场中的运动,建立了汽泡的运动方程,称为瑞利方程。假定泡内为恒定的饱和蒸汽压,通过理论求解得到了汽泡溃灭时间的近似解,表明汽泡溃灭是一个非常快速的过程。后来,M.S.普莱塞特在考虑液体黏度和表面张力的情况下,完善了球泡运动方程,该方程称为瑞利-普莱塞特方程。
不过在汽泡溃灭过程中,汽泡不总是能保持球形。汽泡与汽泡、汽泡与壁面的相互作用,常常使汽泡发生非球形变形,球泡理论不再适用。汽泡的非球形变形运动可以通过实验和数值模拟的方法进行研究。实验中,制造汽泡的手段从早期电解、电火花触发,发展到后来的激光点击,汽泡实验得到了快速的发展。由于汽泡溃灭过程非常快,肉眼无法看清,通常采用高速摄像技术来观测。基于势流理论和边界元方法,可建立多泡或复杂边界约束条件下汽泡的变形与演化的过程,获得汽泡变形与射流形成的早期阶段。为了描述单泡或群泡溃灭的完整过程,发展计及气-液两相和可压缩效应的数值模拟方法得到快速发展,常用的界面捕捉方法有流体体积法、水平集法等。
受限于技术条件,研究得比较多的还是单泡、少数泡的运动,最为典型的就是单泡在壁面附近的溃灭。由于壁面存在,汽泡在溃灭过程中不再保持球形,而是在远离壁面的一侧发生凹形变形,诱导液体流场产生指向壁面的射流。在汽泡溃灭的瞬间,会诱导出压力波,向四周传播。高速射流和高压波构成了对壁面冲击的两个因素。在近壁溃灭中,汽泡的近壁距离是个关键的几何参数。壁面的存在总体上抑制了汽泡的运动,近壁溃灭的特征时间要大于无界流场中的特征时间。距离壁面越近,溃灭时间越长。而在多个汽泡共存的流场中,汽泡溃灭也会发生凹形变形,泡间相互作用也会抑制汽泡的运动。不过依赖于汽泡的空间分布,多泡溃灭变形过程更为复杂。在多泡溃灭中,汽泡大小、间距、数密度等参数都对汽泡溃灭过程有重要影响。