近自由面水下爆炸气泡与水冢现象相互作用的机理研究

水下爆炸除了形成水中冲击波和气泡脉动过程外，在遇到自由面边界时，水下爆炸现象更为复杂，水中冲击波首先到达水面，这时在水面上可以看到一个迅速扩大的暗灰色水圈。它的移动速度很快，约百分之一秒消失。冲击波在自由面反射稀疏波，使表面水质点加速向上飞溅，在此之后，爆炸产物形成的气泡到达水面，出现了与爆炸产物混在一起的水柱，同时出现翻卷、飞溅等现象，即水冢现象。这类现象的发生与自由液面的剧烈变化密切相关，属强非线性、多处不连续边界问题。对这种特殊的物理现象通过物理实验难以精确测量，且传统的有限元、边界元等有网格方法也难以模拟水冢的破碎、飞溅等物理现象，为此，本研究拟基于无网格方法（SPH）研究水下爆炸的这种特殊现象，揭示近自由面水下爆炸气泡与水冢现象相互作用的机理，主要研究内容包括:1）基于SPH方法建立近自由面气泡动力学模型；2）气泡与水冢现象的相互作用机理研究；3）水冢现象的破碎条件研究。