冲击波作用下气泡动态响应数值研究

采用边界元法模拟冲击波作用下气泡动态响应,应用Mixed-Eulerian-Lagrangian(MEL)法模拟气泡的演化。分别模拟规则冲击波和爆破冲击波与气泡的相互作用,三维数值模型计算结果与已有实验数据进行对比,结果表明,计算值与实验数据吻合良好,验证了计算模型的有效性。改变冲击波参数和气泡初始状态及特征参数,研究不同参数下气泡的动力学特性,得出规律性曲线。     

计入能量损失的气泡运动三维数值模拟

在前人研究的基础上,假设能量损失主要发生在气泡体积达到最小的瞬间,通过改变压力参数计及能量损失,结合势流理论,建立气泡三维动力学数值模型。采用边界积分法求解该数值模型,计算得到气泡的动态特性,计算值与实验值吻合良好,验证了数值模型和计算方法的有效性。基于此,分别对自由场中和边界附近的气泡动力学特性进行了模拟,包括水下爆炸气泡以及空化气泡,得到了一些规律性的曲线和结论,旨在为气泡的相关动态特性研究提供参考。     

基于AUTODYN的气泡与固定壁面相互作用数值模拟

阐述了AUTODYN软件模拟水下爆炸气泡的原理及过程,通过球对称模型以及重力场中气泡的实验数据与AUTODYN计算结果的对比,验证其在计算气泡脉动时间和压力等方面的计算精度,并以此为基础研究近壁面水下爆炸气泡的动力学特征以及影响因素,包括无量纲距离对气泡形状的影响,固壁面对气泡最大半径、脉动周期和射流时间的影响,以及近固壁面气泡射流速度及压力的变化等,总结相关规律,为气泡的数值模拟研究提供参考。     

气泡动力学数值模型的稳定性研究

基于势流假设,建立气泡动力学数值模型,并开发计算程序.系统地分析了不同模型、不同单元类型的计算精度,以及网格划分、时间步等因素对计算结果的影响,验证了本文数值模型的收敛性,并在计算过程中分析了动能、势能及总能量随时间的变化.为考核文中建立的气泡动力学计算模型的有效性,分别将轴对称模型及三维模型与Rayleigh-Plesset气泡模型的精确解及实验数据、实验照片进行了对比分析,分析表明,计算结果与Rayleigh-Plesset模型及实验数据吻合很好,表明文中建立的计算模型是可行的、有效的.并分析了气泡在重力场中的运动特性.     

2个气泡运动的数值模拟

基于VOF模型,借助FLUENT软件,对初始位置不同、大小不同的2个气泡进行了数值模拟,主要研究气泡在上升过程变形、融合、破裂等现象,分析气泡上升过程中的尾迹流,揭示了水平和竖直2个气泡相互吸引、排斥等现象,分析了2个气泡速度场相互影响。研究表明,气泡间距越小,速度场相互影响越大,气泡越容易相互吸引、融合。     

基于群体平衡原理的液化天然气水下泄漏流动沸腾多流体模型的分析与应用

为模拟LNG水下泄漏流动沸腾过程,将群体平衡原理与多流体模型耦合为一套新的多流体模型,该模型以传统多流体模型为基础,纳入了群体平衡原理及MUSIG模型,并考虑了碰撞、聚合和相变等因素对气泡直径及数量密度的影响.使用新模型与传统多流体模型进行数值模拟,结果比较得出:新模型的模拟结果更加符合实际的气泡产生与生长发展过程,能够在较大范围内对两相流参数的多维分布和变化进行有效预测.     

气泡泵提升管内气泡群运动特性分析

为探索溴化锂溶液气泡泵的工作机理,在Inamuro大密度比两相流的格子Boltzmann自由能模型的基础上,以时间邻点替代空间邻点,将参数控制的差分项引入相变的分布函数f_i中,利用二阶迎风差分求解一阶偏导数,利用十四点中心差分格式求解二阶偏导数,将改进模型可模拟的两相流密度比从1000提高到3000,扩展并增强采用格子Boltzmann方法模拟大密度比多相流问题的适应性。通过模拟实际工况下气液密度比为2778的气泡泵垂直管中溴化锂溶液内并排多气泡的上升过程和聚并行为,获得不同初始条件下多气泡的密度场、速度矢量分布图,并对多气泡的运动规律进行分析和总结。研究结果表明,气泡在上升过程中的相互吸引作用和相互排斥作用与气泡群内的气泡大小及其初始位置有关,且气泡间聚并临界距离随着气泡直径的增大或气泡数量的增加而减小。     

平板微气泡减阻预报及影响因素研究

假定气-液两相流均匀混合,且微气泡在水流中存在滑移,运用流体计算软件Fluent中的混合多相流模型对平板微气泡减阻过程进行数值模拟,研究了微气泡流的减阻机理及喷气速度与主流速度之比、微气泡大小、空隙率分布等对水中运动平板减阻效果的影响规律,并指出微气泡减阻率为喷气速度与主流速度之比的非线性对数函数,且存在相对饱和喷气速度,同时建立了一个平板微气泡减阻率大小的预报模型,并从理论上对减阻效果进行了预报。     

螺旋桨梢涡空泡初生及尺度效应研究

应用气泡动力学方程和气泡运动微分方程研究了螺旋桨梢涡空泡的初生问题,并根据简化Reyleigh-Plesset方程推导了不同尺度模型空化初生空泡数换算公式,建立了空化初生尺度换算模型,研究了螺旋桨梢涡空泡初生尺度效应问题。螺旋桨梢涡流场应用RANS方法求解,湍流模型为经过旋转和曲率修正的代数雷诺应力模型(EARSM-CC)。计算结果表明,文中建立的数值方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场分布;螺旋桨梢涡空泡初生空泡数计算结果高于试验观察值;应用文中建立的空化初生尺度换算模型得到的结果与数值模拟结果基本吻合,而且其结果偏于安全。     

水下爆炸作用下箱形梁模型响应试验研究

对模拟水面舰船结构的箱形梁模型在水下爆炸作用下的响应进行试验,借助高速摄像机观测气泡脉动过程和结构响应过程,发现箱形梁结构在水下爆炸作用下的响应可以分为三个阶段.不同的爆点位置,气泡脉动能够激起不同振动形式的鞭状响应运动.     

Interaction of two three-dimensional explosion bubbles

The interaction of two underwater explosion bubbles was mathematically analyzed in this paper. Based on the assumption of potential flow, high-order curved elements were used to discretize the boundary integral equation and solve it. Assuming that gas inside the bubble follows the isentropic rule, the Euler-Lagrange method was used to trace the evolution of the bubble, and when calculating the singular integral, the singularity of the double-layer singular integral was eliminated by reconstructing a principal-value integral of double-layer potential so that a more precise result could be obtained. Elastic mesh technique (EMT) was also used when tracing the evolution of the bubble interface, and numerical smoothing wasn't needed. A comparison of calculations using this three-dimensional model with results of the Reyleigh-Plesset bubble model shows that the three-dimensional model and calculation method in this paper is practical. This three-dimensional model was applied to simulate the interaction of two bubbles under the action of gravity, and the dynamic characteristics of two bubbles near the surface was also analyzed. Bubbles influenced by surface effects and gravity present severe non-linearity. This paper provides a reference for research into the dynamics of multi-bubbles.     

水下爆炸数值仿真

基于MSC.Dytran软件,通过一维球对称数值仿真模型,模拟了水下爆炸冲击波传递以及第一次气泡脉动过程,其计算结果与经验公式计算结果吻合较好,在此基础上讨论了网格划分方式、网格密度以及计算区域大小对计算结果精度的影响.通过一维模型与三维模型数值计算结果的对比,论证了基于一维球对称数值仿真模型,通过Remap映射技术进行三维模型数值仿真的计算方法.该方法在保证计算精度的同时较大地提高了计算效率,具有较强的工程应用价值.     

波浪中气泡运动的数值模拟

通过推板造波方法,应用FLUENT动网格技术(Dynamic Mesh)及UDF(User-defined function)建立数值波浪,从而构建数值水槽。对建立的数值波浪与气泡运动方程耦合求解,分析气泡在波浪中的变形与运动。结果表明,波浪中气泡相对静水中更容易保持稳定的球形,且不易发生聚合。这将为舰船尾流中气泡运动研究提供有价值的参考。     

一种考虑尾空泡影响的航行体流体动力数值仿真计算模型

文章针对水下垂直发射航行体,建立了一种考虑尾空泡影响的定常水动力数值仿真计算模型,分析了尾空泡对轴向力、附加力及俯仰阻尼力矩的影响。将仿真获得的考虑尾空泡影响的定常水动力系数代入理论弹道模型,预示水下弹道。计算结果表明,采用文中的考虑尾空泡模型及相应的流体动力求解方法获得的流体力系数,用于预示航行体运动参数的变化规律与模型弹射试验结果一致性较好。     

水中气泡幕的多体多次声散射模型分析

通过引入水中气泡群分布函数,建立了气幕多体多次声散射模型.与多体一次散射模型相比,多体多次声散射模型能够更加真实地反映出具有较高体积浓度气幕的声散射特性,因此,它是分析声波在气幕介质中反射和透射问题的重要基础.     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

快艇气泡减阻的原理研究与相似比分析

分析了高速气泡船气液两相流动的特征,进而将气泡船复杂的三维流动简化为两维人工气泡绕流的两相流物理模型,并提出了两维人工气泡绕流的相似律.采用有限体积法和VOF方法,建立了两维人工气泡绕流的数学模型.应用该数学模型,研究了气泡船在无气泡、气泡封闭、气泡半开三种典型绕流时的气液流场特性,得到了气泡长度、气泡形状随来流速度、气泡腔压力、气体流量的变化规律,分析得出了在高速气泡船底部形成稳定气泡的力学条件.相关研究结果对高速气泡船底部气泡腔的设计具有指导意义.     

A hybrid analytical model of sterilization effect on marine bacteria using microbubbles interacting with shock wave

The present paper reports on a hybrid analytical model consisting of a biological probability model and a physical impact model proposed to predict the cell viability ratio of a sterilization method for marine bacteria using microbubbles interacting with a shock wave. The physical impact model of interaction between a microbubble and a shock wave is developed on the basis of the bubble motion analysis with experimental pressure data and a one-dimensional numerical simulation. An underwater shock wave produced by microbubble motion is simulated using a second-order finite differential scheme by means of bubble surface velocity variation obtained from Herring’s bubble motion equation, and the radius of the sterilized space around a microbubble is estimated by the critical pressure that just causes cell wall damage of marine bacteria. The sterilization effect predicted by the present hybrid analysis shows a good agreement with the bio-experimental result.