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气枪气泡动态特性及其对舰船的冲击响应研究
| 论文题名： | 气枪气泡动态特性及其对舰船的冲击响应研究 |
| 关键词： | 高压气枪;气泡动力学;舰船结构;冲击响应 |
| 摘要： | 气泡动力学是流体力学中的一个重要分支，近年来人们发现一些之前没有注意过的现象，比如气泡减阻，气泡降噪等应用开始让人们对气泡有了新的认识。从上世纪60年代开始，气枪由于环保、稳定等特色，逐渐成为海底资源勘探必备装备。在军用方面，由于气枪的可控性较好，人们开始尝试使用气枪气泡载荷代替炸药载荷进行实船试验。 本文首先简化气枪模型，通过实验，理论，数值等三个方面对国内外的研究进展进行了综述，发现在气泡动力学方面这三者均有了较多深入的研究。由于气枪气泡在国内外研究方法上大多基于球形气泡方程，而另一方面随着计算机技术的快速发展，边界元法在气泡动力学上表现出较大优势。因此，在不可压缩势流理论的假设下，本文分别建立了轴对称边界元气泡模型和三维边界元气泡模型。 针对气枪气泡，在上述模型基础上通过改进边界元方法中的不足，建立了完整的气枪气泡模型。首先修改状态方程建立了单枪模型，该模型考虑了气枪梭阀截流和气枪内温度对气泡的影响；通过三维边界元网格的“缝合”处理，本文建立了气泡融合模型，实现了气泡的融合过程，并探讨了气泡间距对融合、射流的影响，在此基础上建立了相干枪模型。为了研究气枪气泡的动态特性，本文通过轴对称边界元模型对实验结果进行模拟对比，发现两者吻合较好，为以后研究气枪形状以及梭阀口对气枪子波的影响提供参考。 由于气泡在重力以及气泡间相互作用下会产生复杂的射流和融合现象，在建立大型边界元阵列模型时，上述气泡融合数值方法处理起来过于复杂，且在有些工况中甚至无法处理，因此，本文根据能量方程和远场压力方程建立了气泡等效算法，从而建立了全阵模型。由于上述全阵模型中节点过多，导致计算机内存消耗以及计算时间上都使人无法接受，因此本文建立了子阵模型，并分别针对 Matlab和 Fortran两种语言通过 OMP并行加速了计算过程，加速效果较好。 最后为了研究高压气枪(气枪弹)对舰船的冲击响应，本文通过三维边界元模型研究了气枪气泡和刚性圆柱壳的相互作用，以及通过 Abaqus中的声固耦合方法研究了自由液面处舰船鞭状运动，并试探性的研究了气枪载荷与炸药载荷在实船上面的等效性。 |
| 作者： | 叶亚龙 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张阿漫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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