【摘 要】
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气泡动力学应用在多种领域中,气泡也在各个行业发挥着重要的作用,在海底资源勘探中可以作为地震源、在水下抗爆实验中可替代污染性较高的炸药等等,但是由于水下气泡研究存在许多困难,如气-液多相流、流固耦合作用等,因此水下气泡的运动特性及其周围流场压力一直是国际研究的热点和难点。近年来随着水下气泡在诸多领域的广泛应用,水下气泡的产生方式及运动规律受到了更多的关注,目前产生气泡的主要方法是水下爆炸及射流产生。
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气泡动力学应用在多种领域中,气泡也在各个行业发挥着重要的作用,在海底资源勘探中可以作为地震源、在水下抗爆实验中可替代污染性较高的炸药等等,但是由于水下气泡研究存在许多困难,如气-液多相流、流固耦合作用等,因此水下气泡的运动特性及其周围流场压力一直是国际研究的热点和难点。近年来随着水下气泡在诸多领域的广泛应用,水下气泡的产生方式及运动规律受到了更多的关注,目前产生气泡的主要方法是水下爆炸及射流产生。由于高压气泡的实验研究具有复杂性及危险性,因此目前多是采用数值模拟的方法对水下气泡进行分析研究,对于水下爆炸气泡的数值研究多数是探究水下气泡的流固耦合问题及运动现象;而对于射流气泡多数在探究气泡生成、溃散的运动规律及运动现象。以上研究没有深入探究初始条件与气泡参数之间的关系,因此亟需研究不同初始量与后续气泡脉动变化的规律,为以后工程应用提供经验基础。论文首先对水下爆炸气泡理论进行了分析,指明了爆炸气泡运动规律与自变量之间的基本关系,并对爆炸气泡现象进行了简要阐述,明确了水下爆炸气泡的运动现象。然后采用Fluent仿真模拟软件对水下爆炸气泡进行计算,采用与理论公式、实验结果对比的方法,验证了Fluent模拟计算水下气泡运动特性及流场压力的可靠性;并通过对不同药量、不同水深的水下爆炸气泡进行仿真,探讨了初始条件对后续气泡运动特性及流场压力的影响规律;还在流场中设置不同测点,研究了水下气泡在流场中脉动时流场压力的变化规律。最后在Fluent模拟水下气泡可靠性的基础上仿真计算水下气体射流及空化射流,研究了水下射流气泡的运动特性及流场压力,并通过改变射流模型的初始参数,探究出不同初始参数与气泡之间的关系。文章对水下气泡运动特性及周围流场压力进行分析,建立了数值仿真模型,旨在使用数值模拟方法还原水下高压气泡的运动过程,对其运动特性及流场压力进行分析,并通过数值模拟的方法研究不同初始量与后续气泡参数之间的变化规律,为今后的工程实际提供经验。
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