水深及位置对爆炸气泡致自由面射流形态及高度的模拟研究

【作者】 包恒竹； 强豪； 高楼； 张宏超； 陆健；

【机构】 苏州科技大学物理科学与技术学院； 江苏信息职业技术学院物联网工程学院(信息安全学院)； 南京理工大学物理学院信息物理工程系；

【摘要】 利用OpenFOAM开源指令库实现了三维可压缩三相流动模型,研究了水深对自由面射流高度与形态的影响。通过求解可压缩Navier-Stokes方程,利用VOF方法追踪相间界面,并利用Tait状态方程获得多相的压缩性,且植入粘性力、表面张力等获得完整的求解模型。进而利用该求解模型针对在不同水体底部材质下,爆炸气泡与自由面不同间距、与底面不同间距时形成的射流形态及溅射最大高度进行了研究。为对软质水底进行模拟,将其近似为高密度高粘度流体相。研究发现相比软质底面,固体底面能够形成更高的射流,在特定控制参数下,由于气泡的开放膨胀或阻滞膨胀,存在使射流高度达到最高的气泡-自由面间距范围(约0.7×R_max～1.5×R_max),而且也存在使射流高度最高的水深范围(约0.5×R_max～1.0×R_max)。同时,也发现在气泡距离相间界面极近时形成异常形态高速射流的现象。研究结果对浅水水下爆炸,水下探测有应用价值。更多还原