水下爆炸等冲击诱导的液体中气泡运动以及气液界面射流现象广泛存在于船舶工程和医学等领域,对其规律和机理的揭示具有重要的学术意义和工程指导价值。本文以高速摄影为主要手段结合理论分析和数值模拟对液体和液气界面在定向冲击作用下发生射流和气泡运动的过程与动力学机理进行研究。首先,本文应用水下电爆炸方法研究直管约束条件下自然液面的演变和运动(自然液面近似水平但在管壁附近会因浸润作用产生一定弧度)。研究系统地揭示了在不同爆炸能量和液柱宽高条件下爆炸气泡演变与表面射流发展的形态和特征。电爆炸在水中产生一个高温高压的气泡,该气泡先膨胀后坍缩,并驱动上层液柱先抬升后回落;随着管径(即液柱直径)的减小,气泡的运动从二维轴对称转向准一维。在气泡膨胀过程中,液面形成射流。研究中观察到两种不同的射流形态:在较小的管径中由于管壁浸润效应产生的界面弧度相对明显,冲击诱导的射流多呈现圆锥状;而在较大管径中初始液面更趋水平,冲击诱导出环状射流;过渡尺度管径中的射流同时呈现上述两种特征。通过对高速摄影图像进一步处理得到射流速度和爆炸气泡尺度随实验条件的变化规律。射流速度和气泡最大尺度均随着爆炸能量的增加而增加。射流速度随着管径和爆炸深度的增加而减少,而气泡膨胀的最大尺度则基本与深度无关。气泡演变时间尺度随着管径的减小和初始深度的增加而增加。本文建立准一维理论模型对液面射流速度和气泡运动的规律进行分析。该模型实现了从一维管道约束环境到无限自由水域爆炸气泡运动的统一理论描述。通过比对理论和实验所得最大气泡尺度,发现贡献于液体运动的能量比率随管径的减小而减小;通过比对理论所得液柱特征速度与实验测得射流速度,发现射流速度比率(实际射流速度与液柱特征速度之比)随管径的减小而增大,这与小管径液面汇聚效果更强这一效应相对应。其次,本文研究了直管中凹陷液面在水下爆炸冲击下产生射流的现象。实验上,液面凹陷结构由液滴自由坠落冲击自由液面生成,并通过同步控制水下爆炸,实现爆炸冲击与凹陷液面的作用。研究关注爆炸冲击能量和凹陷形状对液面射流速度和形态的影响。结合一维理论分析和Fluent数值模拟,研究发现凹陷液面在水下爆炸的冲击作用下汇聚形成纤细光滑的中心射流,同时管壁附近形成环状的卫星射流。中心射流的速度远高于卫星射流速度以及相同冲击作用下无凹陷液面的射流速度。数值研究显示,凹陷部位发展为中心射流经历两个明显的加速过程,第一次加速为初始冲击下的凹陷液面的整体加速,第二次则与积聚在凹陷底部小区域的极值压力密切相关,它同时对应于凹陷底部曲率的反转,即射流尖点的出现;加速过后,惯性力占据主导,射流速度迅速趋于平缓。最后,本文关注液体内部靠近液面处气泡(模拟材料内部孔洞)在冲击作用下的响应及其可能导致的液面射流。冲击由弹簧驱动质量块从外部撞击水箱底部产生。研究发现,水中气泡从冲击源方向向液面方向坍缩并演变为气泡内部射流,该射流的运动速度与气泡初始深度无关。内部射流穿透气泡向上运动,当气泡与液面距离足够小且冲击强度足够大时,内部射流可抵达液面并突出液面形成液面射流。液面射流形态随气泡深度减小从不规则、不对称向规则、对称转变。冲击过后,气泡整体发生周期性振荡,振荡幅度与初始深度成正相关,振荡周期与初始气泡直径成正相关。本文最后结合数值模拟对流动细节以及液面射流的形成机制进行了初步分析。