In this work, we established a novel theory for the dynamics of oscillating bubbles such as cavitation bubbles, underwater explosion bubbles, and air bubbles. For the first time, we proposed bubble dynamics equations that can simultaneously take into consideration the effects of boundaries, bubble interaction, ambient flow field, gravity, bubble migration, fluid compressibility, viscosity, and surface tension while maintaining a unified and elegant mathematical form. The present theory unifies different classical bubble equations such as the Rayleigh-Plesset equation, the Gilmore equation, and the Keller-Miksis equation. Furthermore, we validated the theory with experimental data of bubbles with a variety in scales, sources, boundaries, and ambient conditions and showed the advantages of our theory over the classical theoretical models, followed by a discussion on the applicability of the present theory based on a comparison to simulation results with different numerical methods. Finally, as a demonstration of the potential of our theory, we modeled the complex multi-cycle bubble interaction with wide ranges of energy and phase differences and gained new physical insights into inter-bubble energy transfer and coupling of bubble-induced pressure waves.

The evolution of the water-entry cavity affects the impact load and the motion of the body. This paper adopts the Eulerian finite element method for multiphase flow for simulations of the high-speed water-entry process. The accuracy and convergence of the numerical method are verified by comparing it with the experimental data and the results of the transient cavity dynamics theory. Based on the results, the representative characteristics of the cavity are discussed from the perspective of the cavity cross-section. It is found that the asymmetry of the cavity expansion and contraction durations is related to the motion of the free surface and the closure of the cavity. The uplift of the free surface suppresses cavity expansion, while the jet generated from free surface closure accelerates cavity contraction. The duration of the contraction of the cavity near the free surface is shorter than the expansion duration due to the change in the velocity distribution caused by the free surface motion. The necking phenomenon during deep closure leads to an increase in the internal pressure of the cavity, prolonging cavity contraction near the deep closure area. This work provides new insights into the cavity dynamics in high-speed water entry.

Based on the Eulerian finite element method (EFEM), an axially symmetric numerical model was established for 2-bubble underwater pulsation. The accuracy of the model and the convergence of the mesh were fully verified by comparison with the unified bubble equation and experimental results. The calculation results show that, the unified bubble equation is more accurate than other bubble theories in predicting the bubble dynamic behavior and the pressure load in the flow field. Combined with the EFEM and the unified bubble equation, the effects of buoyancy parameter δ and strength parameter ε on the coupling law of double bubbles were studied. For buoyancy parameter δ≤0.15, the upper bubble will produce a vertical downward jet under the action of the lower bubble, and the lower bubble boundary is like the solid wall boundary. For δ increasing to 0.2, the influence of the lower bubble on the upper bubble weakens, the buoyancy effect becomes more prominent and the jet direction of the upper bubble is vertical upward. Strength parameter ε has no obvious effect on the coupling between bubbles, but its effect on the bubble jet velocity decreases significantly for ε≥150.

Abstract Phase segregation can bring low crystallinity and orientation, giving rise to poor carrier transport and high defect density, leading to poor device performance. In order to reduce oxidation and defect density and regulate film growth, lots of reductive additives such as SnF 2 are explored as additives in tin perovskite film growth. Despite the oxidation is effectively reduced, it induces phase segregation. Herein, a reductive molecule NH 5 F 2 with a bi‐fluoride anion is explored to address this challenge for tin perovskite solar cells. This bi‐fluoride anion reduces coordination energy with Sn 2+ compared to SnF 2 , hence the byproduct of [F─H─F] − can be eliminated during the film annealing process, effectively preventing fluoride segregation. As a result, a highly oriented perovskite film with reduced oxidation is fabricated. The film shows reduced defect density and carrier recombination, leading to improved current density. Consequently, a tin‐based perovskite solar cell with an efficiency of 15.04% is fabricated, ranking as one of the highest efficiencies reported up to now.

The treatment of material interface and cavitation in compressible flow brings difficulties and challenges for numerical simulation, which is also a research field of great significance. Therefore, we present a discontinuous Galerkin (DG) method to simulate cavitation in multiphase flow by combining the γ-based model and a cutoff cavitation model. The DG scheme is adopted for the spatial discretization on an unstructured mesh, and the positivity-preserving limiter is extended to the γ-based model to ensure the parabolicity of the system. Then the eigenvectors of the Jacobian matrices obtained by replacing the total energy in the conservative variables with the pressure are provided for the weighted essentially non-oscillatory reconstruction. In addition, the cutoff model is introduced to suppress the non-physical negative pressure and maintain the accuracy of the peak pressure at the boundary of cavitation. Finally, some numerical results also verify the feasibility of the simple scheme proposed to deal with the cavitation problems and show high accuracy and robustness.

The pulsating bubble near different boundaries demonstrates various dynamics. In this study, the three-dimensional Eulerian finite element method with the adaptive mesh refinement technique was used to investigate the interaction between a bubble and a free surface near a solid wall, including the toroidal bubble motion after the jet impact. The impact pressure on the solid wall was investigated, and the changing trend of pressure peak reverses when the initial depth of the bubble center is between 0.7 and 0.9 times the bubble's maximum radius. Throughout the process, competition occurs between the Bjerknes effects of the free surface and solid wall, which leads to the nonspherical pulsation of the bubble. Different collapsing forms of bubbles, i.e., the strong jet, weak jet, and crescent-type forms, were identified. Greater depth may result in a reduced height of a free surface water column, which is described in a fitting curve. Additionally, inclination of the solid wall can cause the free surface to exhibit a side hump or groove phenomenon. But for a large-scale bubble, no groove phenomenon of the free surface occurred, and the bubble collapsed in a horn-shaped form with two jets in the upward and downward directions.