三维爆炸气泡与刚性壁面相互作用的数值模拟与实验验证

本文主要探讨了三维气泡与刚性壁面之间的相互作用，通过构建在水下爆炸条件下气泡运动的三维模型。研究者运用势流理论作为核心概念，这是一种在流体力学中广泛应用的方法，用于描述流体如何受势场的影响而流动。他们利用边界积分法来求解拉普拉斯方程，这种方法在处理复杂几何形状和边界条件方面表现出色，能够精确地计算出气泡的形状和位置变化。 为了提高数值解的精度并避免网格扭曲导致的数值发散问题，研究者引入了弹性网格技术。这种技术能够在保持网格质量的同时，允许局部网格的变形，使得计算结果更加稳定。通过这种方式，他们成功地模拟了刚性壁面附近三维气泡的动态特性，包括其非球形振动和坍塌时产生的射流效应。 在验证模型的准确性方面，研究者将计算得到的结果与实验数据进行了对比分析，结果显示两者有良好的一致性，这表明所使用的模型是有效的。接下来，他们进一步深入研究了不同工况下的气泡运动特征，包括弱浮力、强Bjerknes力、强浮力和弱Bjerknes力以及浮力与Bjerknes力相等的情况。Bjerknes力是一种与表面张力有关的作用力，对气泡行为有显著影响。 他们还将这些计算结果与基于开尔文冲量理论的Blake准则进行了对比分析，这是一种描述气泡在流体中的瞬时动量转移的经典理论。通过对不同参数下的气泡运动特性的探讨，研究人员揭示了气泡与刚性壁面相互作用的物理规律，为理解此类现象提供了更深入的理论依据。 本文的研究不仅有助于改进现有气泡动力学的数值模拟方法，也为实际应用，如潜艇声纳干扰、水下爆炸破坏等提供了有价值的参考。关键词包括“气泡”、“刚性壁面”、“势流理论”、“边界积分”以及“开尔文冲量理论”，这些都是研究的核心概念和技术手段。整个研究工作得到了国家自然科学基金、青年科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金等多个项目的资助，显示出该领域的学术价值和重要性。