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《气枪震源结构的初步研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、摘要陈宪战,刘昊,傅德莲,李海军,於国平.气枪震源结构的初步研究.物探装备,2009,19(增刊):7～10,14本文以经典的自由气泡振荡理论为基础,介绍了两种最具代表性的气枪子波理论模型,并分析了模型与实测值存在差异的原因。据此,对气枪梭阀及其润滑、密封的结构和材料进行了研究;同时分析了气枪高压空气的释放过程,对气枪排气口及气枪外形进行了探讨。关键词气枪震源理论模型气枪结构ABSTRACTChenXianzhan,LiuHao,FuDelian,LiHaijunandYuGuoping.Preliminarystudyonthestructureofairgunsource.EGP,2009
2、,19(Supplement):7～10,14Onthebasisoffreebubbleoscillationtheory,thepaperdiscussedtwotypicalmathematicsmodelsforcaculat2ingthepressurewaveformofanairgun,andanalyzedthereasonfordifferencebetweencaculatingandmeasuring.Thestructure,materialoftheshuttle,lubrication,theportandshapeoftheairgunarediscussedin
3、thisarticletoo.Keywordsairgun,mathematicalmodel,airgunstructure的建立,使气枪得以迅速发展。气枪子波的研究与一般声学问题不同,声学中所研究的是微幅振动的传播问题,用熟知的波动方程来描述;而气枪激发时其附近海水质点具有较大的振幅,必须用流体动力学的非线性偏微分方程来描述。齐奥科夫斯基、舒尔茨2盖特曼等先后建立了气泡振动模型。尽管各种模型在形式上有所不同,在精度上也有差别,但追根究底,它们的理论基础都源于Keller和Kolodner提出的水中爆炸自由气泡振荡理论。1.1自由气泡振荡理论模型常规气泡振荡理论是基于水不可压缩这一假设的,由
4、此推出非衰减性稳定周期的气泡振荡;自由气泡振荡理论考虑到水的可压缩性这一条件,在常规气泡振荡理论的基础上推算出周期逐渐减小的衰减性振荡。假定气泡的起始半径为a0,起始为静止状态,并被周围无限的流体所包围;同时假定在之后的时间内气泡始终保持为球形,整个气泡内部压力p在引言对气枪及阵列等相关领域的研究,国外起步很早。在20世纪四、五十年代,以美国为代表的各国科学家就致力于这方面的探讨。自70年代以来,多家商业公司,包括美国的西方地球物理公司、地震震源系统公司、BOLT公司等就瞄准市场需求,相继加大气枪技术的科研及生产投入,使其成功应用于海洋地震勘探。国内对气枪技术的研究则比较晚,并且技术上存在很大
5、的差距。为了提高海洋及滩浅海地震勘探的技术水平,我们结合气枪震源理论,对气枪震源结构进行了一些探索性的研究。0气枪子波的理论模型气枪的改进及发展,是以气枪基础理论研究为前提的。单枪系统的理论模型、阵列组合、相干理论13陈宪战,1974年出生,工程师。2006年毕业于北京理工大学机械电子工程专业,现从事物探装备研发工作。任一时刻t均为常量,而且与它的半径a(t)有关,通过绝热关系可表示成如下形式:a25a+a215a2+Δ(a)其中:f=-5tc25t25a1-γ4πa3f′=-a+Δ(a)p(a)=k(1)25t35a0式中,k为绝热过程常量;γ为热容比,取值为1～1.4。再进一步假定φ(r,
6、t)为水的质点速度势函数,该势函数仅仅依赖于距气泡中心的距离r及时间t,同时满足波动方程:只要c,a0,5t(气泡壁初始速度,通常为零)以及γ已知,就可利用式(6)计算出气泡振荡的半径,然后用式(7)计算出压力子波。1.2舒尔茨2盖特曼模型舒尔茨2盖特曼模型是针对气枪震源由自由气泡振荡理论的非线性微分方程改进而来的,主要变化在于考虑了气枪体存在的影响。若不考虑枪体的影响,则舒尔兹2盖特曼模型与自由气泡振荡理论完全相同。假定枪体相当于一个半径为R的刚性球体位于气泡中心,这样将式(1)修正为:2φ15v2φ-=0(2)c25t2式中,c为流体中的声波速度,假定为常数。水中的压力p(r,t)由Ber
7、noulli方程给出,即:φ15φ2p(r,t)=p0-ρ5+(3)5t25r式中,ρ为流体密度;p0为静水压力。-γ4π(a3-R3)p(a)=k定义简化的压力差Δ(a)=ρ-1[p(a)-p0],再3引入初始与边界条件,即可推导出关于气泡半径a的非线性二阶微分方程:为计算方便,对R进行单位换算,换算后的球体半径为R=R,则与式(6)对应的新方程为:a52a35a25a-Δ(a)5t-a5t2+
