水下脉冲流光放电冲击波特性数值分析研究

发布时间：2021-05-14 09:11

　　实现在复杂海洋环境中的信息传输是开发海洋资源的关键环节。而声波作为海洋传播信息的唯一途径,研发合适的水下声源成为这一大课题下的重要子课题。基于水下脉冲流光放电原理制造的等离子体水下声源,在具有声源级高、声源体积小、频响范围宽、电声转换效率高和可编程控制等等离子体声源共性优点的同时,其可控性和可重复性要优于传统的利用电弧放电原理制造的等离子体声源,其在水下通信、测量信道特性、海洋勘探等领域有着更为广泛的应用前景。因此,有必要研究水下脉冲流光放电的声辐射水平、频谱特征等声学特性和其作为声源的聚束特性,为其工程利用提供设计依据。本文通过商用有限元软件ANSYS和动力有限元程序LS-DYNA联合建模,数值模拟了在水下脉冲流光放电过程中,由放电流光丝产生的冲击波的传播与叠加过程;并基于典型的水下声聚束方式,讨论了该冲击波的声聚束特性,总结了其在传播和聚束中的一些规律。本文完成的主要工作如下:（1）详细介绍和比较了水下脉冲流光放电产生冲击波的物理机理和其与一般声波的异同点,介绍和讨论了本章主要使用的数值计算方法,包括运动控制方程、状态方程、计算差分格式等,证明了采用欧拉法控制方程和Mie-Grun... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水下电弧放电冲击波研究现状
        1.2.2 水下流光放电冲击波研究现状
        1.2.3 水下冲击波数值研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 流光放电冲击波特性分析基础
    2.1 引言
    2.2 流光放电单泡运动规律
    2.3 流光放电冲击波变化规律
    2.4 流光放电冲击波数值仿真方法
        2.4.1 运动方程
        2.4.2 水状态方程
        2.4.3 等离子体状态方程
        2.4.4 网格运动
        2.4.5 界面捕捉
        2.4.6 求解方式
    2.5 本章小结
3 放电流光丝冲击波数值模拟
    3.1 引言
    3.2 单泡参数化分析
        3.2.1 密度及初始内能
        3.2.2 单泡初始半径
    3.3 单泡冲击波数值模拟
    3.4 光丝冲击波数值模拟
        3.4.1 单根光丝数值模拟
        3.4.2 两根光丝数值模拟
    3.5 本章小结
4 放电流光丝冲击波聚束数值模拟
    4.1 引言
    4.2 冲击波聚束原理
        4.2.1 椭球面聚束原理
        4.2.2 抛物面聚束原理
        4.2.3 线阵列聚束原理
    4.3 冲击波聚束仿真
        4.3.1 椭球面聚束仿真
        4.3.2 抛物面聚束仿真
        4.3.3 线阵列聚束仿真
    4.4 冲击波聚束比较
        4.4.1 冲击波聚束增益
        4.4.2 冲击波聚束时延
        4.4.3 冲击波聚束指向性
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 论文工作总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]水下强声源的多电极阵列聚束特性[J]. 刘小龙,张群飞,雷开卓.  高压物理学报. 2017(02)
[2]大气压脉冲气体放电与等离子体应用[J]. 邵涛,章程,王瑞雪,严萍,任成燕.  高电压技术. 2016(03)
[3]基于斯塔克理论的水中电弧放电电子密度光谱诊断[J]. 兰生,章婧.  电机与控制学报. 2015(03)
[4]组合式水下等离子体声源控制平台设计[J]. 张洪欣,孙坤平,赵安邦,周彬,崔化超,马骏.  海洋技术学报. 2014(01)
[5]水声聚焦相控阵列及其声场特性研究[J]. 周泽民,曾新吾.  振动与冲击. 2012(19)
[6]利用等离子体声源测量浅海低频段水声信道特性[J]. 王磊,姜晔明,黄逸凡,周士弘,闫克平,李启虎.  声学学报. 2012(01)
[7]液电效应及其应用[J]. 王兵.  科技创新导报. 2009(22)
[8]水下爆炸冲击波的近场特性[J]. 师华强,宗智,贾敬蓓.  爆炸与冲击. 2009(02)
[9]水中脉冲放电等离子体特性数值解析[J]. 蒋杰灵,兰生,杨嘉祥.  哈尔滨理工大学学报. 2008(05)
[10]基于ANSYS/LS-DYNA模拟水下爆炸冲击波的等效质量法[J]. 贾宪振,胡毅亭,董明荣,许学忠,刘家骢.  弹箭与制导学报. 2008(03)

博士论文
[1]高精度有限体积格式及新型VOF自由界面捕捉算法[D]. 张帝.清华大学 2015
[2]水中等离子体声源的理论与实验研究[D]. 王一博.国防科学技术大学 2012
[3]水下冲击波聚焦的数值模拟与实验研究[D]. 张振福.国防科学技术大学 2012



本文编号：3185386