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气泡引起的皇冠型水冢实验与数值研究 被引量:10
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作者 李帅 张阿漫 王诗平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第19期300-310,共11页
气泡在近自由液面运动过程中与自由液面发生强烈的耦合作用,自由液面会出现极其复杂的物理现象,形成的水冢类型繁多.本文将针对皇冠型水冢,基于势流理论,建立气泡与自由液面耦合作用的数值模型,并在气泡完成射流向下运动时,忽略气泡对... 气泡在近自由液面运动过程中与自由液面发生强烈的耦合作用,自由液面会出现极其复杂的物理现象,形成的水冢类型繁多.本文将针对皇冠型水冢,基于势流理论,建立气泡与自由液面耦合作用的数值模型,并在气泡完成射流向下运动时,忽略气泡对自由液面的影响,继续模拟自由液面的运动过程.同时利用高速摄影对近自由面的电火花气泡进行实验研究,数值结果与实验符合良好,相对误差在10%以内.通过数值计算,发现了围裙卷缩和主峰珠化等特殊的物理现象,研究了气泡初始条件与韦伯数对皇冠型水冢动态特性的影响,旨为皇冠型水冢的研究提供参考. 展开更多
关键词 气泡 自由液面 皇冠型水冢 韦伯数
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考虑流场黏性的气泡与自由液面作用的数值模拟
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作者 王加夏 伍师增 +2 位作者 刘昆 朱方杰 王禹凯 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期106-114,共9页
[目的]旨在探究计入可压缩性和黏性效应流场中水下爆炸气泡与自由液面相互作用时液面水冢的演化规律。[方法]首先,基于OpenFOAM的可压缩两相流求解器和流体体积法(VOF),建立计入流场可压缩性和黏性效应的水下爆炸气泡与自由液面耦合作... [目的]旨在探究计入可压缩性和黏性效应流场中水下爆炸气泡与自由液面相互作用时液面水冢的演化规律。[方法]首先,基于OpenFOAM的可压缩两相流求解器和流体体积法(VOF),建立计入流场可压缩性和黏性效应的水下爆炸气泡与自由液面耦合作用的数值模型;然后,通过与试验结果进行对比,验证数值模型的有效性;最后,研究不同流场黏性和不同距离参数对气泡脉动过程及液面水冢运动的影响。[结果]结果显示,流场黏性效应对于水冢高度、气泡脉动周期、气泡脉动尤其是反弹阶段的气泡形态均有重要影响;低黏度流体中环状气泡形态不易于保持,易出现环状气泡的撕裂现象;随着距离参数的增大,自由表面和气泡之间的耦合效应逐渐减弱,气泡脉动周期增大,主峰和二次水冢尖峰的高度减小,同时主峰和射流的宽度逐渐增大。[结论]所做研究可为气泡在不同黏性流场中的演变机理提供参考。 展开更多
关键词 水下爆炸气泡 自由液面 流场黏性 距离参数 液面水冢
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近自由面水下爆炸气泡的运动规律研究 被引量:64
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作者 张阿漫 姚熊亮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期339-353,共15页
基于边界积分法建立水下爆炸气泡与自由面耦合数值模型;并开发相应的计算程序,计算值与实验值符合较好.从气泡与自由面相互作用的基本现象入手,运用开发的程序系统地研究了近自由面水下爆炸气泡的动态特性,包括近自由面气泡的环状回弹... 基于边界积分法建立水下爆炸气泡与自由面耦合数值模型;并开发相应的计算程序,计算值与实验值符合较好.从气泡与自由面相互作用的基本现象入手,运用开发的程序系统地研究了近自由面水下爆炸气泡的动态特性,包括近自由面气泡的环状回弹及自由面的水冢现象;研究距离参数、浮力参数以及强度参数等特征参数与自由面Bjerknes效应之间的关系,总结相关规律,近自由面气泡的动态特性与这些特征参数有密切的关系.并在研究过程中,讨论了基于Kelvin-impulse理论的Blake准则的适用范围,并解释了Blake准则的失效的原因.旨在为相关的近自由面水下爆炸气泡动态特性研究提供参考. 展开更多
关键词 气泡 自由面 环状 水冢
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近自由面水下爆炸冲击波切断效应研究 被引量:9
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作者 崔杰 杨文山 +1 位作者 李世铭 明付仁 《船舶力学》 EI 北大核心 2012年第5期465-471,共7页
近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分... 近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分析了切断现象的特性、产生机理以及对冲击波参数的影响。研究发现,爆心正上方且距自由面较近处,稀疏波作用最强;近自由面爆炸冲击波冲量可衰减为无限水域爆炸的1/3左右。文中的研究旨在探索冲击波在自由面处的传播规律,并为近自由面水下爆炸载荷的确定提供参考。 展开更多
关键词 水下爆炸 近自由面 切断效应 SPH方法 水冢
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圆柱体出水运动的自由面效应及水冢现象分析 被引量:6
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作者 孙士丽 孙义龙 +1 位作者 胡竞中 胡健 《计算物理》 CSCD 北大核心 2013年第2期187-193,共7页
以圆柱体为例,研究自由面附近刚性物体的受力状态,分析垂直运动圆柱体出水时的自由面效应以及水冢现象.建立基于势流理论考虑自由面效应的数学模型,并用边界元方法求解该模型.求解过程中考虑非线性自由面运动学以及动力学边界条件.通过... 以圆柱体为例,研究自由面附近刚性物体的受力状态,分析垂直运动圆柱体出水时的自由面效应以及水冢现象.建立基于势流理论考虑自由面效应的数学模型,并用边界元方法求解该模型.求解过程中考虑非线性自由面运动学以及动力学边界条件.通过求解控制方程以及边界条件,模拟恒速刚性圆柱体出水时的水冢现象及其穿越水冢过程.通过数值解和实验值的比较验证方法的可靠性.分析结构出水时的压力变化、自由液面变形、圆柱体所受的垂向合外力以及流场速度矢量的变化,并展开讨论.结果表明:考虑自由面效应的非线性方法能够更准确地预报自由面附近刚性运动物体的受力特性. 展开更多
关键词 圆柱体 自由面效应 水冢 边界元方法
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Three-dimensional numerical simulation of crown spike due to coupling effect between bubbles and free surface 被引量:3
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作者 韩蕊 张阿漫 李帅 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第3期369-381,共13页
The motion of gas bubbles beneath a free surface will lead to a spike of fluid on the free surface. The distance of the bubbles to the free surface is the key factor to different phenomena. When the inception distance... The motion of gas bubbles beneath a free surface will lead to a spike of fluid on the free surface. The distance of the bubbles to the free surface is the key factor to different phenomena. When the inception distance varies in some range, crown phenomenon would happen after the impact of weak buoyancy bubbles, so this kind of spike is defined as crown spike in the present paper. Based on potential flow theory, a three-dimensional numerical model is established to simulate the motion of the free-surface spike generated by one bubble or a horizontal line of two in-phase bubbles. After the downward jet formed near the end of the collapse phase, the simulation of the free surface is performed to study the crown spike without regard to the toroidal bubble's effect. Calculations about the interaction between one bubble and free surface agree well with the experimental results conducted with a high-speed camera, and relative error is within 15%. Crown spike in both single- and two-bubble cases are simulated numerically. Different features and laws of the motion of crown spike, depending on the bubble-boundary distances and the inter-bubble distances, have been investigated. 展开更多
关键词 BUBBLE free surface three-dimensional numerical model crown spike
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Numerical study of spike characteristics due to the motions of a non-spherical rebounding bubble 被引量:1
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作者 王加夏 宗智 +2 位作者 孙雷 李章锐 姜明佐 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2016年第1期52-65,共14页
The boundary integral method(BIM) is used to simulate the 3-D gas bubble, generated within the two bubble pulsation periods in proximity to a free surface in an inviscid, incompressible and irrotational flow. The pr... The boundary integral method(BIM) is used to simulate the 3-D gas bubble, generated within the two bubble pulsation periods in proximity to a free surface in an inviscid, incompressible and irrotational flow. The present method is well validated by comparing the calculated shapes of the bubble and the free surface with both the experimental results and the numerical ones obtained by the Axisymmetric BIM code. The expansion, the collapse of the gas bubble and the further evolution of the rebounding non-spherical bubble are simulated. The various variation patterns of the free surface spike and the bubble centroid for different standoff distances, the buoyancy parameters and the strength parameters are obtained to reveal the nonlinear interaction between the bubble and the free surface. The amplitude of the second maximum bubble volume and the four typical patterns of the bubble jet and the free surface spike are examined in the context of the standoff distance. The large buoyancy is used to elevate the spray dome rather than the free surface spike. 展开更多
关键词 boundary integral method toroidal bubble free surface spike
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