水面舰船附近气泡运动数值模拟-王诗平张阿漫程潇欧姚熊亮陈海龙

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1、第7卷第5期中国舰船研究Vol.7No.5第20125期年10月ChineseJournalofShipResearchOct.2012doi：10.3969/j.issn.1673－3185.2012.05.008水面舰船附近气泡运动数值模拟王诗平张阿漫程潇欧姚熊亮陈海龙哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001摘要：当气泡在自由面和水面舰船附近运动时，两者的存在均会对气泡脉动产生影响。基于不可压缩势流理论，采用边界元方法对边界积分方程进行求解。针对建立自由面需要大量的网格，且处理自由面与水

2、面结构交界面时数值不稳定，采用考虑自由面效应的格林函数取代基本格林函数，通过与自由面附近气泡轴对称模型的计算结果进行对比，验证了该方法的有效性。通过对舰船结构附近的气泡运动射流特性进行模拟，发现当药包在舷侧和自由面附近爆炸时，气泡射流可能不会完全作用在舰船上，自由面效应的存在削弱了气泡的打击能力。关键词：水面舰船；自由面；气泡；数值模拟中图分类号：U661.4文献标志码：A文章编号：1673－3185（2012）05－43－07NumericalSimulationofUnderwaterExplosi

3、onBubbleNearaWarshipWANGShi-pingZHANGA-manCHENGXiao-ouYAOXiong-liangCHENHai-longSchoolofShipbuildingEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，ChinaAbstract：Whenanunderwaterexplosionoccursnearbothafreesurfaceandawarshipstructure，thebub⁃blemotio

4、ncouldbeaffected.Inthispaper，theboundaryintegralequationwassolvedbyadoptingtheboundaryelementmethod（BEM），basedonthepotentialflowtheoryofincompressibleliquid.Toreducethequantityofmeshesrequiredwhenmodelingthefreesurfaceandtodealwiththeinstabilityofsolid-f

5、reesurfaceinterfaces，aGreenfunctionconsideringthefreesurfaceeffectwasadopttoreplacethefundamen⁃talGreenfunction.Thisnumericalmethodwasvalidatedbycomparingtheabovementionedmodelwithanaxisymmetricalmodel.Also，thebubblemotionsaswellasitsjetfeaturenearawarsh

6、ipstructureandafreesurfaceweresimulated，anditwasfoundoutthatthebubblejetwouldnotsignificantlyimpactthewar⁃shipstructurebecauseofthefreesurfaceeffect.Keywords：warship；freesurface；bubble；numericalsimulation气泡产生排斥而使射流方向远离自由面，浮力的0引言［3］存在会使气泡的运动形式更加复杂。在数值模当在自

7、由面与水中结构物附近产生气泡时，拟中描述在壁面、自由面和浮力共同作用下气泡［1-2］需要同时计入两者对气泡脉动的影响。水下运动特性的研究较少，为此，本文将以计入自由面爆炸被广泛应用于国防和工业等领域，其生成气效应的格林函数替代基本格林函数，采用边界元泡的运动特性由于浮力和边界的特性而非常复法研究水面舰船附近气泡的运动特性，同时计入杂。当气泡在刚性壁面附近运动时，刚性壁面会浮力的影响。对气泡产生吸引而诱导其产生朝向刚性壁面方向在对自由面进行建模时，需要将自由面区域的射流；当气泡在自由面附近运动时，自由面会

8、对设置得较大，或者将自由面建成封闭的四面体，这收稿日期：2011－12－12基金项目：国家自然科学基金资助项目（51009035，50939002）；博士学科点专项科研基金（20102304120025）；黑龙江省自然科学基金资助项目（A200901，E201047）；国库基本科研业务费（GK2010260108）作者简介：王诗平（1983－），男，博士。研究方向：船舶与海洋结构物设计制造。E⁃mail：shipingwang316@gma