气泡与复杂边界耦合机理研究
发布时间：2021-11-02 01:10
气泡载荷在近场水下爆炸中是对水中结构造成毁伤的主要成因。受不同边界条件的影响,气泡的脉动形式会随之改变从而呈现出与边界复杂的相互作用现象。为了深入探究复杂边界附近气泡的脉动特征,本文设置液体中不同边界条件,采用电火花生成气泡的实验方式配合高速摄像技术,观察了气泡在不同边界周围膨胀、坍塌、射流、凸起及撕裂的典型现象。本文主要选择控制对气泡影响显著的变量条件来分析气泡与不同结构的耦合机理,可为实际尺度量级较大的水下爆炸对结构的毁伤作参考。本文首先深入探究刚性边界气泡的脉动现象,考虑折角结构作为非平坦表面的基本类型的结构边界被经常应用于船舶制造工程中,通过将常温常压下水中的折板作为研究对象,对不同角度折板角平分线附近以及偏移角平分线处生成的气泡脉动与射流特性进行研究。结果表明气泡的运动容易受到气泡到达最大半径时中心到近壁面和远壁面的无量纲参数的影响。通过将折板折角,气泡到达最大半径时初始中心到折板折角的无量纲距离以及气泡中心与角的平分线之间的偏心角进行参数化,研究气泡的膨胀和坍塌、射流行为、后续环形气泡的坍塌和回弹、气泡迁移行为,为水域中气泡与船舶与海洋相关的浮式结构相互作用提供参考。随后研...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 研究方法及进展
1.2.1 气泡实验发生方式及研究进度
1.2.2 气泡与单一边界耦合研究进度
1.2.3 气泡与复杂边界耦合研究进度
1.3 国内外研究工作总结
1.4 本论文主要工作
第2章 气泡在折角内及附近的运动特性研究
2.1 引言
2.2 实验原理
2.3 实验结果及分析
2.3.1 在钝角附近的气泡(β=0)
2.3.2 在锐角附近的气泡(β=0)
2.3.3 折角角平分线处处生成气泡周期与位移规律
2.3.4 折角附近的气泡(β≠0)
2.3.5 偏移角平分线生成气泡周期与到近壁面位移规律
2.4 本章总结
第3章 气泡在折角外及附近的运动特性研究
3.1 引言
3.2 实验原理
3.3 实验结果及分析
3.3.1 在优角附近的气泡(α<3π/2,β=0)
3π/2,β=0)"> 3.3.2 在优角附近的气泡(α>3π/2,β=0)
3.3.3 优角角平分线处处生成气泡周期与位移规律
3.3.4 优角附近的气泡(β<(α-π)/2)
(α-π)/2)"> 3.3.5 优角附近的气泡(β>(α-π)/2)
3.3.6 偏移优角角平分线生成气泡运动周期规律
3.4 本章总结
第4章 高粘度液体中气泡与自由液面相互作用实验研究
4.1 引言
4.2 实验原理
4.3 实验结果及分析
4.3.1 典型水冢和气泡脉动现象
4.3.2 气泡与自由面作用形成点水型水冢
4.3.3 气泡与自由面作用形成开口型水冢
4.3.4 气泡与自由面作用形成闭合型水冢
4.3.5 气泡与自由面作用形成剑型水冢
4.3.6 气泡与自由面作用形成法杖型水冢
4.3.7 气泡与自由面作用形成棋型水冢
4.3.8 气泡与自由面作用形成小棋型水冢
4.3.9 气泡与自由面作用形成坦丘型水冢
4.3.10 距离参数γf对液面以下气泡的影响
4.3.11 距离参数γf对液面以上水冢高度的影响
4.4 本章总结
第5章 气泡在壁面和自由表面的共同作用下的动态特性研究
5.1 引言
5.2 实验原理
5.3 实验结果及分析
5.3.1 生成位置距自由液面及壁面距离相等的气泡的运动
5.3.2 距自由液面距离相同改变距壁面距离气泡的运动
5.3.3 距壁面距离相同改变距自由液面气泡的运动
5.3.4 气泡在壁面和自由表面的共同作用下的运动规律
5.4 本章总结
第6章 减压条件下深水圆柱周围气泡运动特性研究
6.1 引言
6.2 实验原理
6.3 实验结果及分析
6.3.1 通过圆柱中心铅垂线方向的气泡
6.3.2 偏离圆柱中心铅垂线方向的气泡
6.3.3 浮力对气泡动态特性影响规律研究
6.3.4 攻角对气泡动态特性影响规律研究
6.3.5 距离参数对气泡动态特性影响规律研究
6.3.6 距离参数对气泡射流宽度规律研究
6.4 本章总结
总结和展望
总结
展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同装药战斗部壳体对水中兵器的爆炸威力[J]. 程素秋,陈高杰,高鑫,王树乐. 爆炸与冲击. 2018(06)
[2]水下爆炸下有限尺度平板的载荷特性及结构响应试验研究[J]. 刘丽滨,李海涛,刁爱民,王晓强. 高压物理学报. 2018(05)
[3]温压炸药水中爆炸的后燃反应研究[J]. 冯凇,饶国宁,彭金华,王伯良. 高压物理学报. 2018(03)
[4]水下爆炸作用下对称结构船体梁整体损伤特性研究[J]. 李海涛,朱石坚,刁爱民,牟金磊. 船舶力学. 2017(08)
[5]低能量导爆索水中爆炸气泡的脉动现象[J]. 贾虎,沈兆武. 含能材料. 2016(04)
[6]减压条件下近自由面气泡运动与水冢现象实验研究[J]. 崔杰,崔璞,周塞北,姚熊亮. 振动与冲击. 2015(19)
[7]小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验[J]. 马坤,初哲,王可慧,李志康,周刚. 爆炸与冲击. 2015(03)
[8]壁面与自由液面联合作用下气泡动态特性实验研究[J]. 初文华,张阿漫,王诗平. 振动与冲击. 2013(13)
[9]水下爆炸气泡对内加筋圆柱壳结构毁伤机理分析[J]. 汪浩,王先洲,刘均,程远胜. 噪声与振动控制. 2012(06)
[10]气泡与球鼻艏结构相互作用实验研究[J]. 王诗平,程晓达,张阿漫,程潇欧. 振动与冲击. 2012(22)
博士论文
[1]复杂边界条件近场水下爆炸气泡运动特性实验研究[D]. 崔璞.哈尔滨工程大学 2016
[2]近场水下爆炸气泡载荷及对结构毁伤试验研究[D]. 崔杰.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3471046
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 研究方法及进展
1.2.1 气泡实验发生方式及研究进度
1.2.2 气泡与单一边界耦合研究进度
1.2.3 气泡与复杂边界耦合研究进度
1.3 国内外研究工作总结
1.4 本论文主要工作
第2章 气泡在折角内及附近的运动特性研究
2.1 引言
2.2 实验原理
2.3 实验结果及分析
2.3.1 在钝角附近的气泡(β=0)
2.3.2 在锐角附近的气泡(β=0)
2.3.3 折角角平分线处处生成气泡周期与位移规律
2.3.4 折角附近的气泡(β≠0)
2.3.5 偏移角平分线生成气泡周期与到近壁面位移规律
2.4 本章总结
第3章 气泡在折角外及附近的运动特性研究
3.1 引言
3.2 实验原理
3.3 实验结果及分析
3.3.1 在优角附近的气泡(α<3π/2,β=0)
3π/2,β=0)"> 3.3.2 在优角附近的气泡(α>3π/2,β=0)
3.3.3 优角角平分线处处生成气泡周期与位移规律
3.3.4 优角附近的气泡(β<(α-π)/2)
(α-π)/2)"> 3.3.5 优角附近的气泡(β>(α-π)/2)
3.3.6 偏移优角角平分线生成气泡运动周期规律
3.4 本章总结
第4章 高粘度液体中气泡与自由液面相互作用实验研究
4.1 引言
4.2 实验原理
4.3 实验结果及分析
4.3.1 典型水冢和气泡脉动现象
4.3.2 气泡与自由面作用形成点水型水冢
4.3.3 气泡与自由面作用形成开口型水冢
4.3.4 气泡与自由面作用形成闭合型水冢
4.3.5 气泡与自由面作用形成剑型水冢
4.3.6 气泡与自由面作用形成法杖型水冢
4.3.7 气泡与自由面作用形成棋型水冢
4.3.8 气泡与自由面作用形成小棋型水冢
4.3.9 气泡与自由面作用形成坦丘型水冢
4.3.10 距离参数γf对液面以下气泡的影响
4.3.11 距离参数γf对液面以上水冢高度的影响
4.4 本章总结
第5章 气泡在壁面和自由表面的共同作用下的动态特性研究
5.1 引言
5.2 实验原理
5.3 实验结果及分析
5.3.1 生成位置距自由液面及壁面距离相等的气泡的运动
5.3.2 距自由液面距离相同改变距壁面距离气泡的运动
5.3.3 距壁面距离相同改变距自由液面气泡的运动
5.3.4 气泡在壁面和自由表面的共同作用下的运动规律
5.4 本章总结
第6章 减压条件下深水圆柱周围气泡运动特性研究
6.1 引言
6.2 实验原理
6.3 实验结果及分析
6.3.1 通过圆柱中心铅垂线方向的气泡
6.3.2 偏离圆柱中心铅垂线方向的气泡
6.3.3 浮力对气泡动态特性影响规律研究
6.3.4 攻角对气泡动态特性影响规律研究
6.3.5 距离参数对气泡动态特性影响规律研究
6.3.6 距离参数对气泡射流宽度规律研究
6.4 本章总结
总结和展望
总结
展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同装药战斗部壳体对水中兵器的爆炸威力[J]. 程素秋,陈高杰,高鑫,王树乐. 爆炸与冲击. 2018(06)
[2]水下爆炸下有限尺度平板的载荷特性及结构响应试验研究[J]. 刘丽滨,李海涛,刁爱民,王晓强. 高压物理学报. 2018(05)
[3]温压炸药水中爆炸的后燃反应研究[J]. 冯凇,饶国宁,彭金华,王伯良. 高压物理学报. 2018(03)
[4]水下爆炸作用下对称结构船体梁整体损伤特性研究[J]. 李海涛,朱石坚,刁爱民,牟金磊. 船舶力学. 2017(08)
[5]低能量导爆索水中爆炸气泡的脉动现象[J]. 贾虎,沈兆武. 含能材料. 2016(04)
[6]减压条件下近自由面气泡运动与水冢现象实验研究[J]. 崔杰,崔璞,周塞北,姚熊亮. 振动与冲击. 2015(19)
[7]小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验[J]. 马坤,初哲,王可慧,李志康,周刚. 爆炸与冲击. 2015(03)
[8]壁面与自由液面联合作用下气泡动态特性实验研究[J]. 初文华,张阿漫,王诗平. 振动与冲击. 2013(13)
[9]水下爆炸气泡对内加筋圆柱壳结构毁伤机理分析[J]. 汪浩,王先洲,刘均,程远胜. 噪声与振动控制. 2012(06)
[10]气泡与球鼻艏结构相互作用实验研究[J]. 王诗平,程晓达,张阿漫,程潇欧. 振动与冲击. 2012(22)
博士论文
[1]复杂边界条件近场水下爆炸气泡运动特性实验研究[D]. 崔璞.哈尔滨工程大学 2016
[2]近场水下爆炸气泡载荷及对结构毁伤试验研究[D]. 崔杰.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3471046
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