【摘 要】
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水下爆炸在国防工业领域有大量的应用并受到广泛的关注,研究问题逐渐从自由场中单气泡运动延伸到复杂边界条件下的气泡运动。浅水中爆炸气泡会同时受到自由液面和水底壁面的
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水下爆炸在国防工业领域有大量的应用并受到广泛的关注,研究问题逐渐从自由场中单气泡运动延伸到复杂边界条件下的气泡运动。浅水中爆炸气泡会同时受到自由液面和水底壁面的作用,产生极其复杂、剧烈的水面现象。此时气泡的运动特性与在自由场中或单一边界附近处爆炸相比会发生很大变化。目前,关于无限水域水下爆炸气泡的研究成果非常丰富,而对多界面影响下的水下爆炸气泡的相关研究略显匮乏,浅水中气泡射流载荷冲击、毁坏结构方面的研究也很少。气泡在浅水中的运动主要受距离参数(自由面无量纲距离γ_f和壁面无量纲距离γ_w)的影响,本文改变气泡初始深度,利用电火花诱导气泡技术进行了一系列实验。借助高速摄影设备对水下爆炸过程进行了观察,得到了大量实验图像和数据。采用OpenFOAM开源软件对浅水中爆炸产生的气泡和射流现象进行了数值模拟研究,总结了自由面距离和壁面距离对气泡运动水面现象和射流发展规律的影响;研究了不同距离参数对射流冲击载荷特性的影响。结果表明,自由面距离参数较壁面距离参数对水冢类型影响更为显著;根据二次水裙和初次水柱的追赶情况,可大致将水面现象归为破碎型、喷射型、皇冠型、内凹型和丘型这几类;γ_w保持不变的情况下,射流速度随γ_f的增大而减小;γ_f保持不变的情况下,射流速度随壁面距离的增大先减小后增大;壁面压力与距离参数成负相关,射流冲击有效宽度与距离参数成正相关。最后,利用LS-DYNA软件计算了水射流撞击平板的破坏效应。
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