水下爆炸气泡脉动特性的试验研究
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水下排气气泡动力学数值分析与实验研究
Байду номын сангаасII
diameter distribution of the bubble group was obtained by the population equilibrium model, and it was found that the bubble diameter became V-type distribution, and the whole bubble diameter increased with the height of the motion.
III
目录
摘要........................................................................................................... I Abstract .................................................................................................... II 1 绪论 1.1 课题背景、目的及方法 .................................................................. (1) 1.2 水下气泡动力学研究现状 .............................................................. (2) 1.3 水下气泡实验观测研究现状 ......................................................... (5) 1.4 本论文主要研究内容 ..................................................................... (6) 1.5 本章小结 ......................................................................................... (7) 2 气泡动力学理论基础 2.1 气液两相流理论控制方程 ............................................................. (8) 2.2 气泡动力学理论分析 ..................................................................... (9) 2.3 两相流界面模拟方法 .................................................................... (13) 2.4 本章小结 ....................................................................................... (15) 3 水下气泡数值模拟 3.1 废气水实验装置 ............................................................................ (16) 3.2 气泡生成机理建模 ....................................................................... (16) 3.3 单气泡运动轨迹 ............................................................................ (21) 3.4 废气流速影响 ................................................................................ (23) 3.5 排气孔径影响 ............................................................................... (24)
diameter distribution of the bubble group was obtained by the population equilibrium model, and it was found that the bubble diameter became V-type distribution, and the whole bubble diameter increased with the height of the motion.
III
目录
摘要........................................................................................................... I Abstract .................................................................................................... II 1 绪论 1.1 课题背景、目的及方法 .................................................................. (1) 1.2 水下气泡动力学研究现状 .............................................................. (2) 1.3 水下气泡实验观测研究现状 ......................................................... (5) 1.4 本论文主要研究内容 ..................................................................... (6) 1.5 本章小结 ......................................................................................... (7) 2 气泡动力学理论基础 2.1 气液两相流理论控制方程 ............................................................. (8) 2.2 气泡动力学理论分析 ..................................................................... (9) 2.3 两相流界面模拟方法 .................................................................... (13) 2.4 本章小结 ....................................................................................... (15) 3 水下气泡数值模拟 3.1 废气水实验装置 ............................................................................ (16) 3.2 气泡生成机理建模 ....................................................................... (16) 3.3 单气泡运动轨迹 ............................................................................ (21) 3.4 废气流速影响 ................................................................................ (23) 3.5 排气孔径影响 ............................................................................... (24)
水下爆炸气泡脉动压力下舰船及其设备抗冲击性能研究
水下爆炸气泡脉动压力下舰船及其设备抗冲击性能研究
陈建平
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2001(000)006
【摘要】将船体梁视为两端自由的Timoshenko梁,在借用二维切片法和水弹性方法的基础上,计算船体梁在水下爆炸二次脉动压力下的响应特性.同时,还建立了在考虑水面效应和气泡运动时舰船受到二次脉动压力的计算模型.最后,分析了浮筏式减振装置在水下爆炸二次脉动压力下船用设备的减振抗冲性能.
【总页数】9页(P17-25)
【作者】陈建平
【作者单位】船舶系统工程部
【正文语种】中文
【相关文献】
1.水下爆炸气泡脉动压力下舰船动态响应分析 [J], 姚熊亮;陈建平;任慧龙
2.水下非接触爆炸下舰船球鼻艏结构抗爆抗冲击性能数值仿真 [J], 孙丰;王喆;周姝;谢晓忠
3.水下爆炸载荷下舰船设备抗冲击生命力模糊综合评判方法研究 [J], 尹群;仇栋熠
4.水下爆炸二次脉动压力下舰船抗爆性能研究 [J], 姚熊亮;陈建平
5.水下爆炸冲击波和气泡脉动载荷联合作用下\r舰船冲击响应研究 [J], 贾则;陈高杰;高浩鹏;权琳;金辉
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刚性池壁和试验支架对水中爆炸气泡脉动周期的影响
验 ， 得 了距 刚性 池壁 不 同 距 离 处 Ｐ ｎｏｉ 测 ｅ ｔｌｅ的 气 泡 脉 动 周 期 。在 有 试 验 支 架 和 无 试 验 支 架 两 种 条 件 下 ， 量 了 ｔ 测 Ｐ ｎｏｉ ｅ ｔｌｅ和 两种 Ｒ Ｘ基 含铝 炸 药 的气 泡脉 动周 期 。结 果 表 明 ， 爆 心距 刚性 池壁 距 离 的减 小 ， 泡周 期 逐 渐 变 大 ； ｔ Ｄ 随 气 试 验 支 架 的影 响 也 会 使气 泡 周 期 变 大 。
胡宏 伟 ，王 建灵 ，郭 炜 ，徐 洪涛 ，金 朋 刚
（ 安 近 代化 学 研 究 所 ， 西 西 安 ７ ０ ６ ） 西 陕 １ ０ ５
摘
要 ： 析 了有 限水 域 中气 泡 的 运 动状 态 与无 限水 域 中 的差 异 及 刚性 池 壁 对 气 泡 脉 动 的 影 响 。通过 水 中爆 炸 试 分
Ｅｆ ｅ ｔｏ ｇ ｄ Ｗ ａ ｌａ ｐｅ ｉ ｅ ａ ｏ ｄ ｒ ｏ ｒ ｏ ｆＢｕ ｂ ｅ ｆ ｃ ｆＲｉ ｉ ｌ ｎｄ Ｅｘ ｒ ｍ ｎｔ ｌＨ ｌ ｅ ｎ Ｐｅ ｉ ｄ ｏ ｂ ｌ
Ｐｕ ｓ ｔ ｏ ｆ Ｕｎｄ ｒ ｔ ｒ Ｅｘ ｌ ｓ ｏ ｌａｉ ｎ ｏ ｅ ｗａ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ
自由水 面和池 底对气 泡脉 动周期 的影 响ｌ ］ １ 。然 而 ，
引 言
自２ 世 纪７ Ｏ ０年代末 以来 ， 国内外积极 开展水 中 爆炸 能量测 试方 法 的研究 ， 目前 已成 为炸 药性 能评 估必不可少 的手段之 一 。 通过 水 中爆 炸测试 ， 以分 可
在有 限小 水域 中进 行 的水 中爆 炸实 验 时 ， 池壁 的影 响是必须 要考虑 的 。 献［４３ 文 １－分别 通过理论 分析 、 ，６ 工 程试 验 和数值仿 真研 究得 出 ， 刚性 表面存在 时 ， 气泡 周期 变长 。此外 ， 有些水 中爆炸试 验 中， 在 传感 器需 要安 装 和定位 支架 ， 需要 考虑 试 验支 架对 气泡 周 还 期 的影 响 ， 国 内外相关 研究报 道较少 。 而 本文通过 水 中爆 炸试 验 ， 究 刚性池 壁 和试 验支 架对 气 泡脉 动 研
高速摄像机用于水下爆炸气泡脉动测量
高速摄像机用于水下爆炸气泡脉动测量
高速摄像机可以用于水下爆破气泡脉动测量？
高速摄像机是与普通摄像机不同的，很多人都把它们弄混淆，这里要说明一点，高速摄像机最主要的特点是其高速，主要体现在高频率的拍摄速度上面，普通摄像机只有几十到几百帧，而高速摄像机能够达到成千上万帧每秒，这也是其能够捕捉到那些高速移动物体运动轨迹的根本，正是凭借这一优势，高速摄像机才被应用于越来越广泛。
从工业到农业、军事、航天航空、科学实验，我们都能从中发现高速摄像机的身影，它是有着超高的特性，能够满足任何这一方面的需求，达到人们所要拍摄的目的。
利用高速摄像机观察水下爆炸气泡脉动过程以及布置压力传感器测量水中冲击波压力。
采用球形PETN 装药并中心起爆,产生球形对称的气泡和冲击波载荷,并利用高速摄像系统记录水下爆炸气泡脉动过程,以及布置压力传感器测量水中冲击波压力。
实验获得了清晰的水下爆炸气泡脉动过程图像,得到了冲击波和气泡脉动压力曲线。
以上可见高速摄像机在其中发挥的巨大作用，因此选择一款适合的高速摄像机很重要，国产千眼狼高速摄像机便是不错的选择。
它是由合肥君达高科自主研发的，有着强大的中科大博士后团队作为技术支持，强有力的技术加上完善的售后，这些都是千眼狼在国内畅销的主要原因。
在性能同等的前提下，千眼狼能够保证价格永远是最实惠的。
水下爆炸
网格的设 置
人工粘性 系数的选 择
三 无限水域下爆炸冲击波的数值模拟
无限水域中球形装药的爆炸问题可以简化为一维问题，AUTODYN可以 利用楔形单元模拟一维问题。与同样尺寸的二维、三维模型相比，采用一维 模型方法可以大大减小网格的数量，所以可以将网格划分的更细，这样既提 高了效率，又提高了精度。例如：100mm的的水域，每1mm划分一个网格
同空气中爆炸一样，水中爆炸也存在爆炸相似律， 对于水中冲击波压力有：
(1)
p f (Qv , 0 , p0 , r0 , w0 , cw0 , n, R, t )
量纲分析式为： M L2 M M M L p f ( 2 Qv , 3 0 , p0 , Lr0 , 3 w0 , cw0 , n, LR, Tt ) (2) 2 2 L T T L LT L T
四 深水爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟
问题的简化
静水压力与深度的关系：
dph g h dh
水介质中声速的计算公式：
密度随水深的变化
（1）
c
由上式联立可得：
dph d h
（2）
球形装药
水底反射 积分得：
d h
g d 2 h c 一维问题
ln
自由面反射
h gh 2 0 c
对于2000m处，密度也只有1.0085g / cm 所以密度随水深的变化可以忽略。
Polynomail 状态方程 的选取 网格大小不能随意设置，网格过大， 冲击波压力随距离增大衰减的越快， 误差增长快；网格越小数值模拟与经 Shock 验公式符合的越好，误差越小，但随 着网格的减小，时间步长越小，计算 水的Shock 状态方程为： 时间会成倍增加。所以计算时应根据 P PH (e eH ) 问题选择合适的网格，既要满足计算 v 精度又要提高效率。黄正平教授认为 其中： 数值模拟中引入粘性系数是为了光滑 在水下爆炸测试中，测量系统的采样 2 冲击波阵面，抑制在陡峭的压力峰值 0 c0 (1 u ) 1 PH u PH 速率是按峰压衰减时间常数内百采样 eH 2 后面尾随的振幅，过大的人工粘性系 1 1 u 2 0 (1 u ) 点确定的。为准确捕捉冲击波峰值压 数使峰值压力小于真实值，过小的粘 力，数值计算时容许的网格尺寸为： 为冲击波关系式，式中 和 c0 为常数，由以下 性系数难以抑制峰值后曲线的伪震荡， Cc /100 AUTODYN 中人工粘性系数一次项、 关系式确定： D d u 0 二次项分别为0.2和0.1 D 为冲击波速度， u 为波后质点速度。
潜水内爆炸实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过模拟潜水内爆炸现象，研究爆炸对潜水器及周围环境的影响，为潜水器设计和安全防护提供理论依据。
二、实验背景随着深海探测技术的不断发展，潜水器在深海探测任务中发挥着越来越重要的作用。
然而，潜水器在深海作业过程中，面临着来自水压、生物、物理等多种风险。
其中，潜水器内部爆炸事故一旦发生，将对潜水员的生命安全造成极大威胁。
因此，研究潜水内爆炸现象，提高潜水器安全性能具有重要意义。
三、实验内容1. 实验材料（1）潜水器模型：采用1:10比例的潜水器模型，模拟实际潜水器结构。
（2）爆炸装置：选用TNT炸药作为爆炸源。
（3）传感器：包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器等，用于监测爆炸过程中的各项参数。
（4）实验水池：模拟深海环境，水池深度为10米。
2. 实验步骤（1）将潜水器模型放入实验水池，确保其稳定性。
（2）在潜水器模型内部安装爆炸装置，确保爆炸源位于潜水器中心位置。
（3）将传感器连接至潜水器模型，并对传感器进行校准。
（4）启动爆炸装置，记录爆炸过程中的各项参数。
（5）观察潜水器模型及周围环境的损坏情况。
四、实验结果与分析1. 爆炸过程实验过程中，爆炸装置成功引爆，爆炸瞬间潜水器模型发生剧烈振动，压力、温度、加速度等传感器数据迅速上升。
爆炸过程中，潜水器模型周围水花四溅，实验水池水面出现大量气泡。
2. 潜水器模型损坏情况爆炸后，潜水器模型出现以下损坏情况：（1）壳体出现裂缝，部分区域出现变形。
（2）内部仪器设备损坏，部分部件丢失。
（3）模型周围水花四溅，实验水池内出现大量气泡。
3. 爆炸对周围环境的影响爆炸过程中，潜水器模型周围水花四溅，实验水池内出现大量气泡。
爆炸产生的冲击波对周围环境产生一定影响，但未对实验水池其他设施造成损坏。
五、实验结论1. 潜水内爆炸会对潜水器结构造成严重损坏，影响潜水器内部仪器设备正常运行。
2. 爆炸产生的冲击波对周围环境有一定影响，但未对实验水池其他设施造成损坏。
水下爆炸中的流体力学
dV ）
d divV dt
c2 dP d
式中： V-速度矢量，m/s； P-压力，Pa；
-介质密度， kg / m3 ；
c-介质波速，m/s 分析水下爆炸的问题过程中， 由于冲击波通过介质后熵值变化很 小，接近于等熵过程。水的等熵状态方程为：
水下爆炸中的流体力学
一、绪论
水下爆炸炸药、鱼雷、炸弹或核弹等在水中的爆炸,是一个极短 时间内，在有限体积或面积上发生极大能量转换的过程。其过程大体 可分为三个阶段：装药的爆轰、冲击波的产生、气泡的形成和脉动。 由于水下爆炸冲击波的强破坏效应，故在国防军事、国民经济建 设、生物医学等领域都具有重要地位。水下爆炸冲击波的传播规律及 其动力效应是水利水电工程、 航运工程和爆破工程等领域关注的一个 重要问题,直接关系到水下设施的安全和容器状构筑物爆破拆除参数 的合理选取,因而具有重要的工程价值和理论意义。军事上，对水下 爆炸冲击波的研究一直是舰船抗爆保护的重点。 目前,国内外水下爆炸的研究主要趋向于理论分析、实验研究和 数值计算三种方法有机结合所进行的综合性探索。 然而由于其复杂性， 该领域一直以实验研究为主。 近年来随着计算机技术和计算理论的快 速发展， 使得人们可以通过数值模拟的方法对水下爆炸的各种现象进 行预报。各种计算机软件大大方便了这一领域的研究工作。 近年来,随着一批大型通用程序的出现 ,基于通用程序的数值模 拟方法已成为研究水下爆炸冲击波和气泡脉动的重要手段。 目前能模 拟水下爆炸冲击波和气泡脉动的通用程序主要有 DYNA,DYTRAN 和 AUTODYN。国内外已有不少学者运用 DYNA 和 DYTRAN 对水下爆炸冲击 波和气泡脉动进行了数值模拟研究。
W 1/3 pmb 7.24 R I b 2.227 (QW )2/3 h1/6 R
d divV dt
c2 dP d
式中： V-速度矢量，m/s； P-压力，Pa；
-介质密度， kg / m3 ；
c-介质波速，m/s 分析水下爆炸的问题过程中， 由于冲击波通过介质后熵值变化很 小，接近于等熵过程。水的等熵状态方程为：
水下爆炸中的流体力学
一、绪论
水下爆炸炸药、鱼雷、炸弹或核弹等在水中的爆炸,是一个极短 时间内，在有限体积或面积上发生极大能量转换的过程。其过程大体 可分为三个阶段：装药的爆轰、冲击波的产生、气泡的形成和脉动。 由于水下爆炸冲击波的强破坏效应，故在国防军事、国民经济建 设、生物医学等领域都具有重要地位。水下爆炸冲击波的传播规律及 其动力效应是水利水电工程、 航运工程和爆破工程等领域关注的一个 重要问题,直接关系到水下设施的安全和容器状构筑物爆破拆除参数 的合理选取,因而具有重要的工程价值和理论意义。军事上，对水下 爆炸冲击波的研究一直是舰船抗爆保护的重点。 目前,国内外水下爆炸的研究主要趋向于理论分析、实验研究和 数值计算三种方法有机结合所进行的综合性探索。 然而由于其复杂性， 该领域一直以实验研究为主。 近年来随着计算机技术和计算理论的快 速发展， 使得人们可以通过数值模拟的方法对水下爆炸的各种现象进 行预报。各种计算机软件大大方便了这一领域的研究工作。 近年来,随着一批大型通用程序的出现 ,基于通用程序的数值模 拟方法已成为研究水下爆炸冲击波和气泡脉动的重要手段。 目前能模 拟水下爆炸冲击波和气泡脉动的通用程序主要有 DYNA,DYTRAN 和 AUTODYN。国内外已有不少学者运用 DYNA 和 DYTRAN 对水下爆炸冲击 波和气泡脉动进行了数值模拟研究。
W 1/3 pmb 7.24 R I b 2.227 (QW )2/3 h1/6 R
水下爆炸过程及浅水效应数值模拟研究
水下爆炸过程及浅水效应数值模拟研究本文基于AUTODYN数值模拟软件,对水下爆炸过程及浅水爆炸效应进行了数值模拟研究。
首先探讨了冲击波模拟的影响因素,发现要同时获得较好精度的压力和冲量模拟结果需要设置较高的网格密度,而SHOCK状态方程在模拟中远场冲击波峰值方面优于多项式状态方程;和实验数据的对比结果证实了软件在一维冲击波模拟方面的精度;模拟了深水爆炸的气泡脉动现象,和文献的实验结果吻合较好,并将一维的计算结果映射至二维模型以进一步研究气泡脉动动态行为,发现由于气液边界不稳定因素(如Rayleigh-Taylor不稳定因素)的存在,使得气泡在收缩的过程中并不完全呈球状;利用上述模拟的结论,通过模拟浅水爆炸中自由面对冲击波的切断效应,得出了自由面对冲击波切断效应的某些规律,如规则反射稀疏波对峰值并无影响,只作用于冲击波衰减过程的后期阶段,而切断线的斜率大小代表了切断效应的大小:最后,对浅水爆炸气泡和水面的动态行为进行了模拟,初步探讨了不同药量在同一深度及同一药量在不同深度对气泡行为及水面效应形成的影响。
有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟
有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟随着人们对海洋资源的开发和利用的不断加深，越来越多的工业污染和人为干扰正在导致海洋环境的恶化。
其中，有限水域是容易受到这些干扰的海区之一。
在这些区域中，水体的物理和化学性质可能会发生重大变化，从而影响到生态系统的平衡和健康。
因此，对于这些海洋区域的研究和监测显得尤为重要。
其中，水中爆炸气泡脉动的数值模拟是一种有效的手段，可以帮助我们更好地了解这些海域的物理特征和环境变化。
在水中爆炸气泡脉动的数值模拟中，主要就是对水波的物理特征进行模拟。
水波一般包括两种类型：远场波和近场波。
远场波是指成簇的波，它们频繁出现在爆炸点附近，伴随着高强度的涡旋和涡街。
近场波则是指趋向于中心和远离中心的波动，其大小和形状可以通过数学模拟计算获得。
在数值模拟中，我们可以使用 Navier-Stokes 方程，即流体力学基本方程，来描述水波的物理特征。
这些方程可以帮助我们计算出水波中每个点的运动和压力等参数，并可以通过计算机模拟得到这些参数随时间、空间和深度变化的趋势。
通常，我们使用计算流体力学（CFD）来进行这种数值模拟。
在这个过程中，我们需要为模拟设置合适的初始参数和运动参数，如初始流速、初始压力、边界条件等。
这些参数的设置直接影响着数值计算的准确性和结果的分析。
通过数值模拟，我们可以深入了解水中爆炸气泡脉动的机制和原理，从而指导海洋环境的监测和管理。
我们可以据此预测爆炸气泡造成的水波和浪涌等影响、预判海洋环境的变化趋势、以及制定相应的环保和资源保护政策。
总之，水中爆炸气泡脉动的数值模拟是一种有效的工具，可用于研究海洋环境的物理和其它特征，从而为我们更好地了解这些海域、保护海洋资源和维护生态平衡提供有益的参考和指导。
在水中爆炸气泡脉动的数值模拟中，液体和气体的物理参数是进行模拟的关键。
下面列出一些相关数据，并进行分析：1. 液体的密度：水的密度约为1000 kg/m3。
当液体密度越大时，水波的速度就会越快，水的表面张力也会增强。
水中放电气泡脉动过程的数值模拟研究
水中放电气泡脉动过程的数值模拟研究水中放电气泡脉动过程是水中放电分析中重要的一个模型，具有实际工程应用价值和科学研究价值。
在最近几年来，由于计算机技术的发展，使得计算机模拟成为了水中放电气泡脉动过程的重要研究手段。
以数值模拟的方法提供了一种可行的方法来研究水中放电气泡脉动过程。
首先，通过计算机的模拟，研究人员可以清楚的了解水中放电气泡的脉动过程，计算出不同的参数下水中放电气泡的形状和脉动特性，如气泡的大小、个数、周期、变化率等，从而更精确地模拟水中放电气泡脉动过程。
其次，水中放电气泡脉动过程的数值模拟可以提供有用的结果，便于研究人员了解水中放电气泡脉动过程的特性，从而为实际工程应用提供重要信息，如污水处理、机器冷却系统等。
再者，数值模拟法可以用来研究水中放电气泡的脉动的影响因素，如放电条件、温度、环境流动等，可以更清晰地了解水中放电气泡的脉动特性，从而实现对水中放电气泡脉动过程的精确模拟。
最后，通过数值模拟，研究人员可以更深入地了解水中放电气泡脉动过程，可以更准确的预测水中放电气泡的动态特性，为科学研究和实际应用提供充分的参考。
本研究采用了PISO算法来数值模拟水中放电气泡脉动过程，PISO算法是一种基于边界的迭代算法，可以有效地求解水力学方程。
首先，构建了体积三角剖分的模型，以确定水中放电气泡脉动过程数值模拟的计算范围；然后，利用质量守恒方程和能量守恒方程，建立压强场和温度场；接着，通过压强场和温度场对模型空间和时间变量进行分别求解；最后，在得到最终求解结果后，与实验结果进行比对，得到结论。
本文研究的水中放电气泡脉动过程的数值模拟，可以提供有用的实际应用信息，如污水处理和机械冷却系统。
此外，通过模拟，研究人员还可以对水中放电气泡的脉动的影响因素等特性进行系统的研究，为科学研究和实际应用提供有价值的信息。
总之，本文通过使用PISO方法，研究了水中放电气泡脉动过程的数值模拟。
研究结果表明，数值模拟方法可以准确模拟水中放电气泡脉动过程，为实际工程的设计和科学研究提供有用的信息。