典型边界条件下近场水下爆炸气泡运动特性研究

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近场水下爆炸气泡运动特性问题对于战斗部设计及舰船防护具有重要工程意义。本文采用仿真与实验对比的方法,针对刚壁和带破孔刚壁结构附近单个装药起爆、自由场中两装药同时和延时起爆以及刚壁结构附近两装药同时起爆所产生的气泡运动进行研究。通过对不同工况下爆炸产生的气泡演变过程分析,给出了距离参数、圆孔半径参数、两装药间距离对气泡脉动、气泡形成射流的影响规律。首先,建立合理的仿真模型,对于自由场爆炸仿真与文献中实验结果对比,对近场水下爆炸薄板的毁伤过程进行完整过程仿真并与试验结果进行对比,验证了数值仿真方法的正确性,确定了边界条件选取,状态方程,网格划分的方法,论证了仿真方法的精确度。然后,针对在深水中,刚壁和带圆形破口刚壁附近气泡动态特性进行研究,与实验中气泡的动态特性比较。通过数值仿真计算,得到了不同破孔半径、不同距离参数对气泡运动特性、射流形态和射流速度的影响规律,表明破口的存在改变了气泡附近流场的边界条件,进而影响气泡的运动,当破孔半径大于气泡最大半径的时,结构对于气泡的影响可以忽略。最后,针对无自由液面影响下,自由场和刚壁附近两装药同时起爆时的气泡的相互作用进行了研究。分析了距离参数?和?对冲击波叠加效应、气泡运动特性以及射流特性的影响,分析了两装药同时及延时起爆时冲击波的相互作用,给出了延时大小对冲击波相互作用的影响。表明两装药对于近场冲击波压力有明显加强效应,对于气泡的二次脉动削弱明显;当距离参数?和?大于2时,气泡和刚壁对另一气泡的Bjerkness力很小,相当于气泡在自由场中运动。本文的研究成果为舰船防护及战斗部设计等领域提供一些具有工程应用价值的结论。
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