3。1。1气泡的初始条件 14

3。1。2状态方程 15

3。1。3建立有限元模型 16

3。2结果分析与讨论 17

3。3小结 20

第四章 自由面水下爆炸气泡数值模拟研究 22

4。1数值模拟 22

4。1。1气泡初始条件 22

4。1。2状态方程 22

4。1。3建立有限元模型 23

4。2结果分析与讨论 24

4。3小结 29

第五章 刚性界面附近水下爆炸气泡数值模拟研究 31

5。1数值模拟 31

5。1。1气泡初始条件 31

5。1。2状态方程 31

5。1。3建立有限元模型 32

5。2结果分析与讨论 34

5。3小结 36

结语 37

致谢 39

参考文献 41

第一章 绪论

1。1引言

自然界中，有流体存在的地方，就会有气泡产生。在工程中，有时候气泡会给人们带来很大的破坏。常见的水下结构如船舶螺旋桨，在高速运行时会产生大量的气泡，这些气泡会造成螺旋桨表面的剥蚀。此类现象中，脉动气泡会形成高速射流，导致螺旋桨桨叶表面产生局部的凹坑，称为点蚀，如果螺旋桨桨叶设计的不好，产生的气泡会大面积的剥蚀，从而降低螺旋桨的推进效率。再如，水下爆炸产生的大尺度气泡，在爆炸冲击波对船体产生局部破坏后，会对船体造成总体破坏，如图1-1所示。目前，水下爆炸气泡载荷一直是国内外研究的热点，而且已经取得了很大的成果。源C于H优J尔W论R文M网WwW.youeRw.com 原文+QQ752-018766

流体中的气泡除了会造成结构损伤外，有些现象也可以被人们有益地应用。例如，人们对超空泡的研究，可以用气泡帷幕将船体与流体隔开，从而达到减阻降噪的目的。气泡在产生和毁灭时会产生噪音，如何减小其噪音的能量对于潜艇之类的舰艇保持其隐形性能至关重要。

总的来说，流体中气泡的运动规律均为气泡与物体表面、自由液面等边界的相互作用。随着现代计算机技术的发展，尤其是有限元软件在流体气泡的应用，对于研究气泡载荷和运动状态提供了很好的工具。本文从气泡运动的基本现象入手，研究水下爆炸气泡的运动机理、与刚性界面、自由液面之间的相互耦合作用，旨在为研究水下爆炸气泡脉动提供一种新的研究方法。

图1-1 近场水下爆炸试验

1。2水下爆炸气泡领域研究的历史和现状

1。2。1理论分析发展现状

1。2。2试验研究发展现状

1。2。3数值模拟发展现状

1。3水下爆炸气泡数值模拟研究存在的主要问题

2000年初，对于水下爆炸气泡脉动的数值模拟一般基于一维或二维建模，采用有限元拉格朗日分析，如宗智等[24]基于光滑粒子法（SPH），即一种拉格朗日法研究二维水下爆炸问题，柏劲松等[25]采用(PPM)法和(VOF)法，采用拉格朗日算法提高数值精度。近几年，开始出现三维气泡脉动数值模拟，而三维气泡数值模拟的发表文献并不多见。总结起来，国内外关于水下爆炸数值模拟方面的研究还存几方面的不足：