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气泡引起的皇冠型水冢实验与数值研究

李帅 张阿漫 王诗平

气泡引起的皇冠型水冢实验与数值研究

李帅, 张阿漫, 王诗平
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  • 气泡在近自由液面运动过程中与自由液面发生强烈的耦合作用, 自由液面会出现极其复杂的物理现象, 形成的水冢类型繁多. 本文将针对皇冠型水冢, 基于势流理论, 建立气泡与自由液面耦合作用的数值模型, 并在气泡完成射流向下运动时, 忽略气泡对自由液面的影响, 继续模拟自由液面的运动过程. 同时利用高速摄影对近自由面的电火花气泡进行实验研究, 数值结果与实验符合良好, 相对误差在10%以内. 通过数值计算, 发现了围裙卷缩和主峰珠化等特殊的物理现象, 研究了气泡初始条件与韦伯数对皇冠型水冢动态特性的影响, 旨为皇冠型水冢的研究提供参考.
    • 基金项目: 优秀青年科学基金(51222904);国家自然科学基金重点项目(50939002)和国家安全重大基础研究项目(批准号:613157)资助的课题.
    [1]

    Gibson D C 1968 The Third Australasian Conference on Hydraulic and Fluid Mechanics Sydney Australia,November 25-29, 196 p210

    [2]

    Blake J R, Gibson D C 1987 J. Fluid Mech. 19 99

    [3]

    Wang Q X, Yeo K S, Khoo B C, Lam K Y 1996 Theoret. Comput. Fluid Dynamics 8 73

    [4]

    Wang Q X, Yeo K S, Khoo B C, Lam K Y 1996 Comput. Fluids 25 607

    [5]

    Pearson A, Cox E, Blake J R, Otto S R 2004 Eng. Anal. Bound. Elem. 28 295

    [6]

    Zhang A M, Yao X L 2008 Acta Phys. Sin. 57 339 (in Chinese) [张阿漫, 姚熊亮 2008 物理学报 57 339]

    [7]

    Li Z R, Sun L, Zong Z, Dong J 2012 Acta Mech. Sin. 28 51

    [8]

    Liu Y L, Zhang A M, Wang S P, Tian Z L 2012 Acta Phys. Sin. 61 224702 (in Chinse) [刘云龙, 张阿漫, 王诗平, 田昭丽 2012 物理学报 61 224702]

    [9]

    Zhang A M, Wang C, Wang S P, Cheng X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 084701 (in Chinese) [张阿漫, 王超, 王诗平, 程晓达 2012 物理学报 61 084701]

    [10]

    Newman J N 1977 Marine Hydrodynamics (1st Ed.) (London: MIT Press) p131

    [11]

    Klaseboer E, Manic R, Khoo B C, Derek Y C C 2011 Eng. Anal. Bound. Elem. 35 489

    [12]

    Wang C, Khoo B C 2004 J. Comput. Phys. 194 451

    [13]

    Lee M, Klaseboer E, Khoo B C 2007 J. Fluid Mech. 570 407

  • [1]

    Gibson D C 1968 The Third Australasian Conference on Hydraulic and Fluid Mechanics Sydney Australia,November 25-29, 196 p210

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    Blake J R, Gibson D C 1987 J. Fluid Mech. 19 99

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    Wang Q X, Yeo K S, Khoo B C, Lam K Y 1996 Comput. Fluids 25 607

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    Pearson A, Cox E, Blake J R, Otto S R 2004 Eng. Anal. Bound. Elem. 28 295

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    Zhang A M, Yao X L 2008 Acta Phys. Sin. 57 339 (in Chinese) [张阿漫, 姚熊亮 2008 物理学报 57 339]

    [7]

    Li Z R, Sun L, Zong Z, Dong J 2012 Acta Mech. Sin. 28 51

    [8]

    Liu Y L, Zhang A M, Wang S P, Tian Z L 2012 Acta Phys. Sin. 61 224702 (in Chinse) [刘云龙, 张阿漫, 王诗平, 田昭丽 2012 物理学报 61 224702]

    [9]

    Zhang A M, Wang C, Wang S P, Cheng X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 084701 (in Chinese) [张阿漫, 王超, 王诗平, 程晓达 2012 物理学报 61 084701]

    [10]

    Newman J N 1977 Marine Hydrodynamics (1st Ed.) (London: MIT Press) p131

    [11]

    Klaseboer E, Manic R, Khoo B C, Derek Y C C 2011 Eng. Anal. Bound. Elem. 35 489

    [12]

    Wang C, Khoo B C 2004 J. Comput. Phys. 194 451

    [13]

    Lee M, Klaseboer E, Khoo B C 2007 J. Fluid Mech. 570 407

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-24
  • 修回日期:  2013-07-01
  • 刊出日期:  2013-10-05

气泡引起的皇冠型水冢实验与数值研究

  • 1. 哈尔滨工程大学 船舶工程学院, 哈尔滨 150001
    基金项目: 

    优秀青年科学基金(51222904)

    国家自然科学基金重点项目(50939002)和国家安全重大基础研究项目(批准号:613157)资助的课题.

摘要: 气泡在近自由液面运动过程中与自由液面发生强烈的耦合作用, 自由液面会出现极其复杂的物理现象, 形成的水冢类型繁多. 本文将针对皇冠型水冢, 基于势流理论, 建立气泡与自由液面耦合作用的数值模型, 并在气泡完成射流向下运动时, 忽略气泡对自由液面的影响, 继续模拟自由液面的运动过程. 同时利用高速摄影对近自由面的电火花气泡进行实验研究, 数值结果与实验符合良好, 相对误差在10%以内. 通过数值计算, 发现了围裙卷缩和主峰珠化等特殊的物理现象, 研究了气泡初始条件与韦伯数对皇冠型水冢动态特性的影响, 旨为皇冠型水冢的研究提供参考.

English Abstract

参考文献 (13)

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