有限开放域内水下爆炸气泡动力学研究

《Scientific Reports》：Study on underwater explosion bubble dynamics in a finite open domain

　　

摘要

在结构受损、发生气体泄漏或二次爆炸的情况下，液体舱和油箱等含有液体的结构中的液体可能会从液态转变为存在分散微气泡的气液两相状态。这种变化会影响水下爆炸时气泡的演化以及底部所承受的载荷。为研究开放通气环境对爆炸气泡动态及结构响应的影响，研究人员建立了一个透明的圆柱形水槽实验系统。通过400伏的高压火花放电来模拟水下爆炸过程，水深固定为H?=?175毫米，同时设置了从无通气到最大通气的五种不同通气程度。通过实验与数值模拟相结合的方式，分析了不同通气程度下气泡的演化情况以及底部的动态响应。实验结果表明，最大等效半径随通气程度的变化并非单调递增，整体波动范围较为有限，介于18.65毫米至21.30毫米之间。底部载荷的响应也呈现出非单调特性：在适度通气条件（0.50Q_max）下，正压力峰值可达0.049兆帕；而更高或最大的通气程度则会降低传递至底板的载荷效率。这些研究结果表明，在开放的有限空间内，背景通气会导致气泡脉动、局部压力响应以及底板振动等方面出现相互关联的非单调变化。这些发现可为评估在泄漏或通气条件下含有液体的结构的抗爆安全性提供参考。