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近小尺度壁面水下爆炸射流特性数值模拟

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近 小 尺 度 壁 面水 下爆 炸 射 流特 性 Fra bibliotek 值 模 拟
卢 熹 ，王树 山 ，马 峰 ，徐
（ 北京理工大学爆 炸科 学与技术 国家重点实验室 ， Ｅ 京
第３ ５卷 第 ３期 ２ ０ １ ５年 ６月
弹
箭
与
制
导
学
报
Ｖｏ Ｉ ． ３ ５ Ｎｏ ． ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｓ ， Ｒ ｏ ｃ ｋ ｅ ｔ ｓ ， Ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｇ ｕ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ
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摘
锐
１ ０ ０ ０ ８ １ ）
要： 为了考察结构尺度对气泡射 流动态特性的影响 ， 利用 Ａ Ｕ Ｔ Ｏ Ｄ Ｙ Ｎ软件 ， 针对 三种 不同尺度 的球 形 固壁
面进行近壁 面水下爆 炸数 值模 拟计算 。计算结果表 明 ： 壁 面尺度越小 ， 射流穿透 气泡越早 ， 气泡 体积越小 、 越 细 长， 射 流速度越大 ， 但射 流宽度越小 ， 射 流冲击压力对壁 面的作用越 弱 ， 压力产 生的 比冲量越小 。研 究结果 初步揭示 了结构 尺度 的减 小不利于水射流威力 的发挥 ， 为打击小型 目标 的水 中兵器 战斗部威力设计提供有益
ｂ ｌ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｓ ｌ ｅ ｎ ｄ ｅ ｒ ｅ ｒ ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｉ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｏ ｆ ｊ ｅ ｔ ｉ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｍ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｆ ｊ ｅ ｔ ｉ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｗ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ｊ ｅ ｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｌ ｌ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｍ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ
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Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ；ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ； ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｊ ｅ ｔ ；ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ； Ａ Ｕ Ｔ Ｏ Ｄ Ｙ Ｎ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
参 考。
关 键词 ： 水下爆 炸 ； 气泡 ； 水射流 ； 球形 固壁面 ； Ａ Ｕ Ｔ Ｏ Ｄ Ｙ Ｎ数值模拟
中 图分 类 号 ： ０３ ８ ２ ． １ 文献标志码 ： Ａ
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｃｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｊ ｅ ｔ
Ｎｅ ａ ｒ Ｓ ｍａ ｌ ｌ Ｓ ｃ ａ ｌ ｅ Ｗ ａ ｌ ｌ
ＬＵ Ｘｉ ， Ｗ ＡＮＧ Ｓ ｈｕ ｓ ｈａ ｎ， Ｍ Ａ Ｆｅ ｎ ｇ， ＸＵ Ｒｕ ｉ
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ， ｇ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）

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水下爆炸特性的二维数值模拟研究

水下爆炸特性的二维数值模拟研究

水下爆炸特性的二维数值模拟研究梁龙河;曹菊珍;袁仙春【摘要】对带有3 mm左右厚铝壳或钢壳的柱形TNT、RS-211、T/Γ(35/65)以及ROT901装药在水下采用一端点起爆后,水中冲击波超压分布进行了二维数值模拟研究.对该四种炸药的每一种,分别考虑了药量为1 kg、3 kg、5 kg和8 kg四种TNT当量的柱形装药情况.柱形装药的长径比为L/D=1.5左右.计算使用的程序为二维欧拉多流体网格法流体力学计算程序MFIC.给出了水中冲击波超压的空间和时间分布;对铝壳和钢壳两种情况的结果进行了分析、比较;同时给出了缩比模型与1∶1模型之间相应物理量之间的缩比关系.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2004(018)003【总页数】6页(P203-208)【关键词】水下爆炸;超压;数值模拟【作者】梁龙河;曹菊珍;袁仙春【作者单位】北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088;北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088;北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088【正文语种】中文【中图分类】O3831 引言二战以后,西方各军事强国在水下爆炸领域进行了广泛的研究工作,取得了不少成果[1～3]。

近几年来,我国研究者在水下爆炸方面也开展了一定的工作,取得了一些重要成果[4～6]。

但水下爆炸研究毕竟是开展较晚的学科领域,还有许多需要解决的问题。

特别是在我国,既需要改进和完善实验研究的方法和手段,更需要开发、改进和完善大型模拟计算程序,提高数值模拟研究能力,因此需要开展与此相关的工作。

本文中根据当量可比性假定(即同结构等当量的不同炸药爆炸后在相同位置处产生的力学量相同),对长径比为L/D=1.5左右、不同TNT当量,且带有金属壳体的柱形装药一端点起爆在水下爆炸的情况进行数值研究。

模型结构如图1所示。

使用的炸药有TNT、RS-211、T/Γ(35/65)和ROT901四种类型,药量分别为1 kg、3 kg、5 kg和8 kg四种TNT当量。

水下爆炸冲击波的数值模拟研究

水下爆炸冲击波的数值模拟研究


图 @ 冲击波压力时程曲线结果的比较 $%&’ @ =05I4)%+01 02 I)*++,)* .%5* J%+.0)K /*.3**1 *LI*)%*1M* 20)5,>4 41- 789:;<
图 H 比冲量时程曲线比较 $%&’ H =05I4)%+01 02 %5I,>+* J%+.0)K /*.3**1 *LI*)%*1M* 20)5,>4 41- 789:;<
6 6 为了便于以后研究潜体结构在水下爆炸冲击波作用下的动态响应， 应该重点对 789:;< 程序与 =0>* 经验公式的冲击波峰值压力、 比冲量以及水质点速度的计算结果进行比较。 =0>* 的关于冲击波峰 值压力 ! 5 和比冲量 " 的经验公式如下
{
&@ ! !5 # （ $ %? * & ’） &@ ?&@ " " # (%? * （ % * & ’）
图 & 水质点速度曲线结果的比较 123- & 450678295: 5; <7=>8 678=2?@> A>@5?2=B C>=<>>: >D6>82>:?> ;580E@7 7:# ’()*+,
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! ! 对比式 （$） 可得状态方程中各参数的值。取水的初始密度 !& ) (&&& @. / 0 ， 初始质量比内能 )& ) >*+ ?%& @A / @.。图 ( 比较了式 （(） 和式 （*） 的计算结果。从图中可以看到， 当 " B &+ $ 时， 两者吻合得很 好。即使是 " ) &+ $% 时， 两者相差也不到 %C 。由文献 ［$］ 可知当水的密度达到 ($%& @. / 0* 时， 冲击波
近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

艿 ＝ （ ｇ ＡＰ） ， ｐＲ ／ （） １
。
水下 爆炸 主要 由 ２个 阶段组 成 ： 冲击 波 阶段 和气
泡脉 动 阶段 。２ ０世 纪 ９ ０年 代 以来 ， 内外 对 冲击 波 国 阶段 的研 究成果 比较 丰 富 ， 从远 场 到近场 的非 接触 爆 炸再 到接 触爆炸 ， 有 相 应 的数 值 仿 真 方 法 ， 有 大 都 并
（ ｏｌｇ ｆＮａ ａ ｃ ｉ ｃｕｅａ ｄ Ｐ ｗｅ ， ｖ ｌＵｎｖ ｒｉ ｆＥｎ ｉｅ ｒｎ ， ｈ ｎ ４ ０ ３ Ｃｈｎ ） Ｃ ｌ ｅｏ ｖ ｌＡｒｈｔ ｔｒ ｎ ｏ ｒ Ｎａ ａ ｉｅｓｔ ｏ ｇｎ ｅｉｇ Ｗｕ ａ ３ ０ ３， ｉａ ｅ ｅ ｙ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｕ ｄ ｒｔｎ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｓ ｏ ｈ ｕ ｂ ｅ ｎｄ ｅ ｙ ＵＮＤＥＸ ｅ ｒ ａ ｆｅ ｕ — ｓｒ ｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｎ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｂ ｂ ｌｓ ｉ ｕｅ ｄ ｂ ｎ ａ ｒ ｅ ｓ ｒ
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近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

摘 要 : 为了解近自由面水下爆炸气泡的动态特性 ,利用大型商业有限元软件 M SC. Dytran,对 3种典型工况
下的气泡现象进行了数值仿真 。仿真结果显示 ,气泡射流方向与基本理论预测结果基本一致 ,仿真气泡半径与理论 计算吻合较好 。由此得出结论 ,可以利用 M SC. Dytran来模拟水下爆炸气泡现象 ,并对气泡射流现象进行研究 。
·114·
舰 船 科 学 技 术
第 30卷
Pc 为饱和蒸气压 (通常为常数 ) 。 水下爆炸气泡的半径和脉动周期可以分别用下
式计பைடு நூலகம் [ 5 ] :
Rm = J W D0 + d 1 /3 ,
(3)
T = KW1/3
(D0
+
d)
5 /6
。
(4)
其中 ,W 为炸药质量 , kg; d为炸药水深 , m; D0 为用 水柱表示的大气压力 , m。对于特定炸药 J, K 为常
Abstract: In order to understand the characters of the bubbles induced by UNDEX near a free sur2 face, the FEM software M SC. Dytran is used to simulate three typ ical bubble phenom ena. A s for the jets di2 rection and the radius of the bubbles, the num erical results are app roxim ately sam e as the results of the B lake theory. Therefore, the conclusion can be drawn that the FEM software M SC. Dytran can be used to simulate the bubble and the jets phenom ena near a free surface.