实验室尺度水下爆炸气泡实验方法

水下爆炸数值模拟研究
为提高水下爆炸数值模拟的精度,本文探讨了边界条件、网格密度对近场条件下的水下爆炸计算结果产生的影响,分析了在有限的计算条件下进行水下爆炸三维计算的可行性,为本文的水下爆炸数值计算提供依据。

本文应用LS-DYNA有限元程序中的拉格朗日算法对假设的一维柱对称计算模型进行计算,模拟了水下爆炸的冲击波及气泡脉动过程,定性的研究了冲击波传播及气泡脉动的规律以及装药深度对水下爆炸冲击波、气泡脉动所产生的影响。

应用AUTODYN动力学软件中的欧拉算法对二维轴对称计算模型进行计算,模拟了小药量炸药的水下爆炸冲击波传播过程,得到了距离爆炸中心不同距离处的压力时程曲线、冲击波峰值压力、冲击波压力冲量以及冲击波能,并与经验值进行比较,结果符合较好。

通过二维计算,研究了两种起爆方式、两种装药形状、不同材料的炸药外壳及不同厚度的壳体对水下爆炸冲击波各参数所产生的影响。

水下爆炸对水下目标的毁伤试验研究王博雅;鲁忠宝;任西;任炜;李慧;连恺【摘要】In order to study the damage effects of underwater explosion, underwater explosion of GUHL-1 was tested, the shock wave peak overpressure at different distance were obtained. And the relation between shock wave peak overpresure and distance of underwater explosion for GUHL-1 was obtained by calculation.Meanwhile, the effects of damage to the different frogman weapons system were analyzed. The study provided the reference for design of anti-frogman weapons systems in the future.%为研究水下爆炸对蛙人的毁伤效果，进行了GUHL-1的水下爆炸试验，得到不同爆距处冲击波峰值压力。

通过计算获得 GUHL-1炸药水中爆炸自由场冲击波压力峰值和爆距的关系。

同时对几种反蛙人武器系统的毁伤效果进行了分析，为今后反蛙人武器系统的设计提供参考。

【期刊名称】《火工品》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P51-53)【关键词】炸药;水下爆炸;毁伤效果;冲击波峰值【作者】王博雅;鲁忠宝;任西;任炜;李慧;连恺【作者单位】陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;中船重工集团公司第705研究所，陕西西安，710075;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061【正文语种】中文【中图分类】TQ564蛙人部队作为近海港口水域渗透、侦查、破坏等局部军事冲突的主角，给水下安全带来了极大的威胁。

一、实验目的1. 探究水池边放气球的现象及原理。

2. 分析气球在水池边受力情况，验证阿基米德原理。

3. 通过实验，加深对流体力学基本概念的理解。

二、实验器材1. 水池（长×宽×高：1m×0.5m×0.5m）2. 气球（充气后直径约0.2m）3. 线绳4. 量筒5. 秒表6. 记录本7. 计算器三、实验原理阿基米德原理指出：浸入静止流体中的物体，受到的浮力大小等于该物体排开的流体重量。

在本实验中，气球浸入水中，受到的浮力与重力相等，因此气球在水中的状态取决于气球受到的浮力与重力的大小关系。

四、实验步骤1. 准备实验器材，将水池注满水，水面高度与水池边缘持平。

2. 将气球充气至直径约0.2m，用线绳将气球悬挂在水池边缘，使气球部分浸入水中。

3. 观察气球在水中的状态，记录气球在静止状态下的位置（记为A点）。

4. 用秒表测量气球从A点下沉到水底所需时间（记为t1）。

5. 用量筒测量气球下沉过程中排开水的体积（记为V1）。

6. 将气球从水底拉回A点，观察气球在水中的状态，记录气球在静止状态下的位置（记为B点）。

7. 用秒表测量气球从B点上升至水面所需时间（记为t2）。

8. 用量筒测量气球上升过程中排开水的体积（记为V2）。

9. 重复步骤4-8，进行多次实验，求平均值。

五、实验数据实验次数气球下沉时间t1(s) 气球上升时间t2(s) 气球排开水的体积V1(m³) 气球排开水的体积V2(m³)1 5.0 4.8 0.0001 0.00012 4.9 4.7 0.0001 0.00013 5.1 4.9 0.0001 0.0001平均 5.0 4.8 0.0001 0.0001六、实验结果与分析1. 实验结果显示，气球在水中静止时，受到的浮力与重力相等，处于平衡状态。

2. 气球下沉过程中，受到的浮力逐渐减小，导致气球下沉速度逐渐减慢。

3. 气球上升过程中，受到的浮力逐渐增大，导致气球上升速度逐渐加快。

大班科学活动：自制气泡弹在大班科学活动中，一项非常有趣的实验是自制气泡弹。

这个实验结合了化学和物理的原理，让孩子们亲身体验气体的性质和压力的作用。

首先，我们需要准备一些材料：1. 透明的塑料杯2. 水3. 碱性洗涤剂4. 白糖5. 小纸卷或塑料吸管6. 一些彩色食用染料（可选）下面是实验的步骤：步骤1：将透明塑料杯填满一半的水。

步骤2：将一小勺碱性洗涤剂加入到水中，并用搅拌棒充分搅拌，直到洗涤剂完全溶解在水中。

这样可以让洗涤剂起到降低表面张力的作用，使气泡更容易形成。

步骤3：加入一小勺白糖，这样可以增加气泡的稳定性。

步骤4：将一小滴彩色食用染料加入到水中，可以使气泡弹的色彩更丰富（可选）。

步骤5：将小纸卷或塑料吸管的一端浸入水中。

步骤6：用手捏住纸卷或吸管的另一端，然后迅速将它们从水中抽出来，形成一个小的水柱。

步骤7：将纸卷或吸管的一端对准气泡液体的表面，缓慢放松手指。

如果一切顺利，你应该能看到一个美丽的彩色气泡弹悬浮在空中。

孩子们可以尝试用手触摸它，或者用其他物体轻轻地碰触它。

他们会发现，气泡弹会在碰触到物体的瞬间破裂。

这是因为气泡弹的外部是一个极薄的水膜，而内部则充满了气体。

这个实验的背后是一些科学原理。

首先，我们知道水有一个表面张力，这使得水分子在表面上形成一个膜。

洗涤剂的作用是降低水的表面张力，使气泡更容易形成。

其次，当纸张或吸管从水中抽出时，形成的小水柱中有一些空气困在里面。

当放松手指时，空气会扩散到整个水柱中，形成一个气泡。

最后，气泡中的水分子和气体分子相互作用，使气泡保持稳定。

通过这个实验，孩子们可以直观地感受到气泡的形成和破裂过程，并理解表面张力和气体的性质。

老师们可以引导孩子们思考一些问题，例如为什么气泡能够悬浮在空中，为什么气泡会破裂等等，从而培养他们的科学思维和观察能力。

总结起来，自制气泡弹是一项有趣而寓教于乐的实验，可以让孩子们亲身体验科学的乐趣，并加深对气体和压力的理解。

水下爆炸气泡脉动的数值计算
《水下爆炸气泡脉动的数值计算》是一项有关水下爆炸气泡脉动的数值计算研究。

它是一种研究爆炸气泡在水中的形成和衰减的研究，它可以提供有关爆炸气泡的形状、尺寸和衰减的信息。

研究表明，爆炸气泡的形状和尺寸与爆炸强度有关，而且随着爆炸强度的增加，气泡的形状和尺寸也会发生变化。

此外，爆炸气泡的衰减率与爆炸强度也有关，随着爆炸强度的增加，衰减率也会发生变化。

通过数值计算，可以准确地确定水下爆炸气泡的形状、尺寸和衰减率，从而更好地研究爆炸气泡的衰减过程。

内压法（气泡法）检测医疗器械包装的粗大泄露内压法检测粗大泄露作为评价无菌医疗器械包装密封性的重要手段，该方法在实验室环境下对不常见的包装材料和包装规格的检验非常有用，适用于非常大或长的包装，此类包装不适合采用其他任何测试包装完整性的试验仪器。

该试验方法提供了可检验包装上会使其成为非无菌的粗大泄露的试验方法。

包装上的粗大泄露将无法保证包装产品无菌，该内压试验方法提供了一个检验包装上粗大泄露的切实可行的途径。

一、试验方法摘要1、试验原理：包装在水下充气至预先确定的压力，然后观察显示包装破损的连续气泡流。

2、试验灵敏度控制本试验方法的灵敏度取决于压差和加压方式。

对各包装材料和规格确定试验压是得到可重复结果的关键。

对包装加压不当，会明显降低本实验方法的灵敏度。

增大压差会提高试验灵敏度。

但充入过高的压力，又会导致密封开裂或透1/ 4气材料中射出气泡而与缺陷气泡混淆，这可能导致对结果的误判。

在带有压力监测装置的管路中可使用一个限压阀，有助于防止对包装施加过高的压力。

3、试验方法对透气性材料和非透气性材料给出了两个不同的试验方法。

两个方法的主要差异在于对透气材料给出了浸透时间。

二、试验仪器1、施压压力的系统：有压力检测仪表和限压阀，能提供0-5kPa的气压。

2、包装穿孔器能将空气源或压力检测装置插入包装中。

3、盛水容器:适用于将试验样品浸没约2.5cm。

2/ 4三、程序1、非透气性包装的程序1）用穿孔器在包装上穿一个孔。

穿孔宜尽量位于包装的中央。

孔的大小宜能插入空气源和压力检测器，能使空气泄露为最小。

如有必要，用胶带和橡胶垫作为穿孔部位的封堵器来密封插入部位。

2）向试验样品中插入空气源和压力监测器。

将包装浸没在水下约2.5cm。

向包装内施加空气，缓慢对包装充气大于或等于最小试验压力。

3）检验整个包装上显示破损区域的气泡流，检验时间依据包装的大小而定.4）从水中取出包装，标出所有观察到的破损区域。

2、透气性包装的程序透气包装和非透气性包装程序一致，不同的是透气包装材料应对样品施加阻隔剂，包装浸没在水下至少5s之后才开始施加空气。

水下爆炸研究的现状和趋势尹　群1,2,陈永念2,胡海岩1(1.南京航空航天大学,江苏南京210003;2.华东船舶工业学院,江苏镇江212003) 提　要　本文综述了国内外水下爆炸研究现状,分析和总结了水下爆炸的研究方法,并指出了目前水下爆炸的研究热点和发展趋势。

主题词　水下爆炸　结构响应　科学技术研究　发展趋势1　前言 舰船在使用过程中,将会受到炸弹、导弹、鱼雷、水雷等武器的攻击。

在这些武器的非接触爆炸中,舰船将受到水中瞬态冲击波及气泡脉动压力等载荷的作用,可能导致舰船局部或总体结构的严重破损,造成舰沉人亡的恶果。

为保证舰船的安全和正常使用,提高舰船的生命力,应对水下爆炸现象、水下爆炸载荷作用下的舰船结构动力响应特性及其破坏模式进行详细深入的研究。

水下爆炸是指在极短时间内,在水下的极小体积内或面积上发生极大能量转换的过程。

水下爆炸大体可分为三个阶段:装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动。

当炸药在水中爆炸时,其周围介质直接受到具有高温、高速、高压的爆炸产物作用。

在装药和介质的界面处,爆炸产物以极高的速度向周围扩散。

它如同一个超音速活塞一样,强烈地压缩着相邻的水,使其压力、密度、温度突跃式地升高,形成初始冲击波。

随着冲击波的离开,尔后爆炸产物在水中以气泡的形式存在并不断膨胀与压缩,在条件有利的情况下,这种脉冲可达十来次,并同时产生附加的脉动压力。

一般情况下,水中冲击波压力峰值大,但持续时间短(仅数十毫秒到数百毫秒),因而容易造成舰船及水下结构局部板的严重破损,而脉动压力峰值虽小(仅为前者的l5%～20%),但持续时间远大于前者(约1s左右〉,且气泡脉动压力的运动基频与水下结构一、二阶频率十分接近,因而容易使水下结构产生振荡,从而造成严重的总体结构　本文受到江苏省船舶先进设计制造技术重点实验室资助。

　作者简介:尹群(1964-),男,副教授。

破损。

水下爆炸还有可能使水下壳体产生整体失稳及断裂失效现象。