水下定向冲击诱导的气泡运动与气液界面射流
发布时间：2022-12-07 01:00
水下爆炸等冲击诱导的液体中气泡运动以及气液界面射流现象广泛存在于船舶工程和医学等领域,对其规律和机理的揭示具有重要的学术意义和工程指导价值。本文以高速摄影为主要手段结合理论分析和数值模拟对液体和液气界面在定向冲击作用下发生射流和气泡运动的过程与动力学机理进行研究。首先,本文应用水下电爆炸方法研究直管约束条件下自然液面的演变和运动（自然液面近似水平但在管壁附近会因浸润作用产生一定弧度）。研究系统地揭示了在不同爆炸能量和液柱宽高条件下爆炸气泡演变与表面射流发展的形态和特征。电爆炸在水中产生一个高温高压的气泡,该气泡先膨胀后坍缩,并驱动上层液柱先抬升后回落;随着管径（即液柱直径）的减小,气泡的运动从二维轴对称转向准一维。在气泡膨胀过程中,液面形成射流。研究中观察到两种不同的射流形态:在较小的管径中由于管壁浸润效应产生的界面弧度相对明显,冲击诱导的射流多呈现圆锥状;而在较大管径中初始液面更趋水平,冲击诱导出环状射流;过渡尺度管径中的射流同时呈现上述两种特征。通过对高速摄影图像进一步处理得到射流速度和爆炸气泡尺度随实验条件的变化规律。射流速度和气泡最大尺度均随着爆炸能量的增加而增加。射流速度随着...
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 水下冲击的几种方法
1.2.2 液体中气泡的非对称变形运动
1.2.3 液面射流
1.3 本文研究内容和结构安排
第二章 研究方法
2.1 实验方法
2.1.1 水下爆炸实验平台
2.1.2 冲击水箱实验平台
2.2 数值模拟方法
第三章 水下爆炸冲击直管中自然液面诱导射流研究
3.1 自由水域中水下爆炸诱导半球形气泡实验
3.1.1 生成半球形气泡的实验方法
3.1.2 半球形气泡的运动过程
3.2 直管中水下爆炸实验
3.2.1 气泡和射流发展的基本过程
3.2.2 实验参数对结果的影响
3.2.3 准一维理论模型
3.2.4 射流速度和气泡最大长度
3.2.5 气泡运动周期讨论
3.3 小结
第四章 水下爆炸冲击直管中凹陷液面诱导射流研究
4.1 生成凹陷液面的几种方式
4.2 水下爆炸冲击凹陷液面诱导射流实验
4.2.1 气泡运动的一维理论模型
4.2.2 液面射流发展的基本过程
4.2.3 实验参数对结果的影响
4.3 射流速度
4.4 冲击凹陷液面诱导射流的数值模拟
4.4.1 数值模拟设置
4.4.2 凹陷变形和射流形成过程分析
4.5 液面凹陷形态对射流速度的影响讨论
4.6 小结
第五章 冲击液体中气泡运动诱导气液界面射流研究
5.1 液面在冲击之后的运动过程
5.2 气泡变形过程以及射流发展过程
5.2.1 气泡在冲击之后的变形运动过程
5.2.2 液面射流的形成和发展过程
5.2.3 气泡初始大小对结果的影响
5.3 气泡振荡和射流速度
5.3.1 气泡振荡
5.3.2 射流速度
5.4 数值模拟分析
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击作用下液滴在环境液体中的演变过程及主导因素[J]. 廖斌,朱雨建,杨基明. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(09)
[2]冲击作用下液滴在环境液体中的变形破碎行为[J]. 廖斌,张桂夫,王鲁海,朱雨建,杨基明. 实验流体力学. 2016(05)
[3]近海底爆炸气泡对潜艇影响的研究[J]. 黄潇,张玮,张阿漫. 中国造船. 2014(03)
[4]Experimental Study on Bubble Pulse Features Under the Combined Action of Horizontal and Vertical Walls[J]. 王诗平,初文华,张阿漫. China Ocean Engineering. 2014(03)
[5]冲击加载下孔洞形成微射流的最大侵彻深度[J]. 刘超,冯其京,秦承森,梁仙红. 计算物理. 2014(01)
[6]沟槽角度对金属表面微射流性质的影响[J]. 王裴,邵建立,秦承森. 物理学报. 2012(23)
[7]表面活性剂对中尺度气泡形状及速度的调控研究[J]. 刘艳艳,李彦鹏,朱婷婷. 西安交通大学学报. 2011(10)
[8]液-液两相介质中液滴在冲击作用下的演变过程[J]. 熊燃华,许明,李耀发,杨基明,罗喜胜,于勇波,赵铁柱. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(06)
[9]冲击压力及加载速率对沟槽微射流的影响[J]. 刘超,王裴,秦承森,冯其京,梁仙红. 计算物理. 2010(02)
[10]缺陷形状对铝材料微喷射的影响[J]. 刘超,秦承森,冯其京,王裴. 计算物理. 2009(02)
博士论文
[1]切割网格方法及激波与气泡相互作用研究[D]. 林健宇.中国科学技术大学 2016
[2]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
[3]水中结构物附近爆炸气泡运动特性研究[D]. 王诗平.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]水下爆炸气泡脉动与近边界射流特性研究[D]. 朱枫.哈尔滨工程大学 2011
[2]液-液两相介质中液滴在瞬时来流作用的演变过程研究[D]. 熊燃华.中国科学技术大学 2010
本文编号：3711945
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 水下冲击的几种方法
1.2.2 液体中气泡的非对称变形运动
1.2.3 液面射流
1.3 本文研究内容和结构安排
第二章 研究方法
2.1 实验方法
2.1.1 水下爆炸实验平台
2.1.2 冲击水箱实验平台
2.2 数值模拟方法
第三章 水下爆炸冲击直管中自然液面诱导射流研究
3.1 自由水域中水下爆炸诱导半球形气泡实验
3.1.1 生成半球形气泡的实验方法
3.1.2 半球形气泡的运动过程
3.2 直管中水下爆炸实验
3.2.1 气泡和射流发展的基本过程
3.2.2 实验参数对结果的影响
3.2.3 准一维理论模型
3.2.4 射流速度和气泡最大长度
3.2.5 气泡运动周期讨论
3.3 小结
第四章 水下爆炸冲击直管中凹陷液面诱导射流研究
4.1 生成凹陷液面的几种方式
4.2 水下爆炸冲击凹陷液面诱导射流实验
4.2.1 气泡运动的一维理论模型
4.2.2 液面射流发展的基本过程
4.2.3 实验参数对结果的影响
4.3 射流速度
4.4 冲击凹陷液面诱导射流的数值模拟
4.4.1 数值模拟设置
4.4.2 凹陷变形和射流形成过程分析
4.5 液面凹陷形态对射流速度的影响讨论
4.6 小结
第五章 冲击液体中气泡运动诱导气液界面射流研究
5.1 液面在冲击之后的运动过程
5.2 气泡变形过程以及射流发展过程
5.2.1 气泡在冲击之后的变形运动过程
5.2.2 液面射流的形成和发展过程
5.2.3 气泡初始大小对结果的影响
5.3 气泡振荡和射流速度
5.3.1 气泡振荡
5.3.2 射流速度
5.4 数值模拟分析
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击作用下液滴在环境液体中的演变过程及主导因素[J]. 廖斌,朱雨建,杨基明. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(09)
[2]冲击作用下液滴在环境液体中的变形破碎行为[J]. 廖斌,张桂夫,王鲁海,朱雨建,杨基明. 实验流体力学. 2016(05)
[3]近海底爆炸气泡对潜艇影响的研究[J]. 黄潇,张玮,张阿漫. 中国造船. 2014(03)
[4]Experimental Study on Bubble Pulse Features Under the Combined Action of Horizontal and Vertical Walls[J]. 王诗平,初文华,张阿漫. China Ocean Engineering. 2014(03)
[5]冲击加载下孔洞形成微射流的最大侵彻深度[J]. 刘超,冯其京,秦承森,梁仙红. 计算物理. 2014(01)
[6]沟槽角度对金属表面微射流性质的影响[J]. 王裴,邵建立,秦承森. 物理学报. 2012(23)
[7]表面活性剂对中尺度气泡形状及速度的调控研究[J]. 刘艳艳,李彦鹏,朱婷婷. 西安交通大学学报. 2011(10)
[8]液-液两相介质中液滴在冲击作用下的演变过程[J]. 熊燃华,许明,李耀发,杨基明,罗喜胜,于勇波,赵铁柱. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(06)
[9]冲击压力及加载速率对沟槽微射流的影响[J]. 刘超,王裴,秦承森,冯其京,梁仙红. 计算物理. 2010(02)
[10]缺陷形状对铝材料微喷射的影响[J]. 刘超,秦承森,冯其京,王裴. 计算物理. 2009(02)
博士论文
[1]切割网格方法及激波与气泡相互作用研究[D]. 林健宇.中国科学技术大学 2016
[2]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
[3]水中结构物附近爆炸气泡运动特性研究[D]. 王诗平.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]水下爆炸气泡脉动与近边界射流特性研究[D]. 朱枫.哈尔滨工程大学 2011
[2]液-液两相介质中液滴在瞬时来流作用的演变过程研究[D]. 熊燃华.中国科学技术大学 2010
本文编号：3711945
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