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水下等离子体声源的冲击波负压特性

刘小龙 黄建国 雷开卓

水下等离子体声源的冲击波负压特性

刘小龙, 黄建国, 雷开卓
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  • 基于修正的Rayleigh气泡脉动方程对水下等离子体声源放电产生的 强声冲击波的传播过程进行了分析; 利用Euler方程作为控制方程组, 建立了水下等离子体声源的聚束声场模型, 通过仿真计算获得的传播云图对冲击波负压的形成机理进行了直观的理论分析. 结果表明: 经过聚能反射罩反射汇聚得到的聚束波在反射稀疏波和水的惯性作用下, 聚束波周围水域产生了拉伸, 形成负压区, 如果拉伸力大于水的抗拉上限, 就会使得水中形成不连续现象, 即出现空化气泡; 此外聚能罩边缘处产生的衍射波进一步加剧了负压的产生, 边缘衍射波最终与拉伸波叠加, 使冲击波负压达到最大值; 通过对比仿真波形和实验波形, 从而验证和进一步揭示了冲击波负压的形成原因. 研究结果对认识水下冲击波的传播规律和进一步改进等离子体声源的设计具有指导意义.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10974154)、电子信息控制重点实验室基金(批准号:NKF201307190058)和西北工业大学科技创新基金(批准号: W018105) 资助的课题.
    [1]

    Li N, Chen J F, Huang J G, Fang M 2009 Appl. Acoust. 29 1 (in Chinese) [李宁, 陈建峰, 黄建国, 方明 2009 应用声学 29 1]

    [2]

    Wang Y B, Wang S W, Zeng X W 2012 Chin. Phys. B 21 055203

    [3]

    Yan P, Sun Y H, Zhou Y X, Jin M J 2004 CEIDP’04 Boulder Colorado, USA, October 17-20, 2004 p596

    [4]

    Qiao Z L, Zhang Q F, Lei K Z 2011 Torpedo Technol. 19 187 (in Chinese) [乔子椋, 张群飞, 雷开卓 2011 鱼雷技术 19 187]

    [5]

    Lei K Z, Huang J G, Zhang Q F 2010 Torpedo Technol. 18 161 (in Chinese) [雷开卓, 黄建国, 张群飞 2010 鱼雷技术 18 161]

    [6]

    Lukeš P, Šunka P, Hoffer P, Stelmashuk V, Beneš J, Poučková P, Zadinová M, Zeman J 2012 Plasma for Bio-Decontamination, Medicine and Food Security (Dordrecht: Springer) p403

    [7]

    Qian Z W, Xiao L 2008 Chin. Phys. B 17 3785

    [8]

    Qian Z W, Xiao L 2003 Chin. Phys. Lett. 20 80

    [9]

    Zhang X Y, Chen J Q, Zhang Y X, Wei C X 2011 J. Medical Biomecha. 26 540 (in Chinese) [张晓艳, 陈景秋, 张永祥, 韦春霞 2011 医用生物力学 26 540]

    [10]

    Costanzo F A 2011 Struct. Dynam. 3 917

    [11]

    Gu W B, Su Q L, Liu J Q, Zheng X P, Li D J, Sun B P 2004 Blasting 21 8 (in Chinese) [顾文彬, 苏青笠, 刘建青, 郑向平, 李丹俊, 孙宝平 2004 爆破 21 8]

    [12]

    Zhang Z F, Zeng X W, Wang Y B, Cai Q Y 2012 J. National Univ. Defense Technol. 34 54 (in Chinese) [张振福, 曾新吾, 王一博, 蔡清裕 2012 国防科技大学学报 34 54]

    [13]

    Zhang J, Zeng X W, Chen D, Zhang Z F 2012 Acta Phys. Sin. 61 184302 (in Chinese) [张军, 曾新吾, 陈聃, 张振福 2012 物理学报 61 184302]

    [14]

    Liu X L, Huang J G, Lei K Z 2012 Chin. High Technol. Lett. 22 552 (in Chinese) [刘小龙, 黄建国, 雷开卓 2012 高技术通讯 22 552]

    [15]

    Li N, Huang J G, Lei K Z, Chen J F, Zhang Q F 2011 J. Electrost. 69 291

    [16]

    Lu X P, Pan Y, Zhang H H 2002 Acta Phys. Sin. 51 1768 (in Chinese) [卢新培, 潘垣, 张寒虹 2002 物理学报 51 1768]

    [17]

    Ning J G, Wang C, Ma T B 2010 Explosion and Shock Dynamics (Beijing: National Defense Industry Press) p139 (in Chinese) [宁建国, 王成, 马天宝 2010 爆炸与冲击动力学(北京: 国防工业出版社) 第139页]

    [18]

    Liu X L, Huang J G, Huang H 2011 International Conference on Coumputer Science and Network Technology Harbin, China, December 24-26, 2011 p1255

  • [1]

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    [13]

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    [18]

    Liu X L, Huang J G, Huang H 2011 International Conference on Coumputer Science and Network Technology Harbin, China, December 24-26, 2011 p1255

  • [1] 张华伟, 李言祥. 金属熔体中气泡形核的理论分析. 物理学报, 2007, 56(8): 4864-4871. doi: 10.7498/aps.56.4864
    [2] 马艳, 林书玉, 徐洁. 声场中空化气泡的耦合振动及形状不稳定性的研究. 物理学报, 2018, 67(3): 034301. doi: 10.7498/aps.67.20171573
    [3] 张鹏利, 林书玉, 朱华泽, 张涛. 声场中球形空化云中气泡的耦合谐振. 物理学报, 2019, 68(13): 134301. doi: 10.7498/aps.68.20190360
    [4] 蒋 丹, 李松晶, 包 钢. 采用遗传算法对压力脉动过程中气泡模型参数的辨识. 物理学报, 2008, 57(8): 5072-5080. doi: 10.7498/aps.57.5072
    [5] 梁善勇, 王江安, 张峰, 吴荣华, 宗思光, 王雨虹, 王乐东. 基于舰船尾流激光雷达的Monte Carlo模型及方差消减方法研究. 物理学报, 2013, 62(1): 015205. doi: 10.7498/aps.62.015205
    [6] 张阿漫, 姚熊亮. 近壁面气泡的运动规律研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1662-1671. doi: 10.7498/aps.57.1662
    [7] 张阿漫, 姚熊亮. 近自由面水下爆炸气泡的运动规律研究. 物理学报, 2008, 57(1): 339-353. doi: 10.7498/aps.57.339
    [8] 王诗平, 张阿漫, 刘云龙, 姚熊亮. 气泡与弹性膜的耦合效应数值模拟. 物理学报, 2011, 60(5): 054702. doi: 10.7498/aps.60.054702
    [9] 张阿漫, 王超, 王诗平, 程晓达. 气泡与自由液面相互作用的实验研究. 物理学报, 2012, 61(8): 084701. doi: 10.7498/aps.61.084701
    [10] 吴伟, 孙东科, 戴挺, 朱鸣芳. 枝晶生长和气泡形成的数值模拟. 物理学报, 2012, 61(15): 150501. doi: 10.7498/aps.61.150501
    [11] 张阿漫, 肖巍, 王诗平, 程潇欧. 不同沙粒底面下气泡脉动特性实验研究. 物理学报, 2013, 62(1): 014703. doi: 10.7498/aps.62.014703
    [12] 王诗平, 张阿漫, 刘云龙, 吴超. 圆形破口附近气泡动态特性实验研究. 物理学报, 2013, 62(6): 064703. doi: 10.7498/aps.62.064703
    [13] 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. 物理学报, 2013, 62(19): 194703. doi: 10.7498/aps.62.194703
    [14] 李帅, 张阿漫. 上浮气泡在壁面处的弹跳特性研究. 物理学报, 2014, 63(5): 054705. doi: 10.7498/aps.63.054705
    [15] 刘云龙, 张阿漫, 王诗平, 田昭丽. 基于边界元法的气泡同波浪相互作用研究 . 物理学报, 2012, 61(22): 224702. doi: 10.7498/aps.61.224702
    [16] 梁善勇, 王江安, 宗思光, 吴荣华, 马治国, 王晓宇, 王乐东. 基于多重散射强度和偏振特征的舰船尾流气泡激光探测方法. 物理学报, 2013, 62(6): 060704. doi: 10.7498/aps.62.060704
    [17] 倪宝玉, 李帅, 张阿漫. 气泡在自由液面破碎后的射流断裂现象研究. 物理学报, 2013, 62(12): 124704. doi: 10.7498/aps.62.124704
    [18] 刘云龙, 张阿漫, 王诗平, 田昭丽. 基于边界元法的近平板圆孔气泡动力学行为研究. 物理学报, 2013, 62(14): 144703. doi: 10.7498/aps.62.144703
    [19] 王树山, 李梅, 马峰. 爆炸气泡与自由水面相互作用动力学研究. 物理学报, 2014, 63(19): 194703. doi: 10.7498/aps.63.194703
    [20] 史冬岩, 王志凯, 张阿漫. 相同尺度下气泡与复杂壁面的耦合特性研究. 物理学报, 2014, 63(17): 174701. doi: 10.7498/aps.63.174701
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  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-26
  • 修回日期:  2013-07-19
  • 刊出日期:  2013-10-20

水下等离子体声源的冲击波负压特性

  • 1. 西北工业大学航海学院, 水下强声实验室, 西安 710072
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 10974154)、电子信息控制重点实验室基金(批准号:NKF201307190058)和西北工业大学科技创新基金(批准号: W018105) 资助的课题.

摘要: 基于修正的Rayleigh气泡脉动方程对水下等离子体声源放电产生的 强声冲击波的传播过程进行了分析; 利用Euler方程作为控制方程组, 建立了水下等离子体声源的聚束声场模型, 通过仿真计算获得的传播云图对冲击波负压的形成机理进行了直观的理论分析. 结果表明: 经过聚能反射罩反射汇聚得到的聚束波在反射稀疏波和水的惯性作用下, 聚束波周围水域产生了拉伸, 形成负压区, 如果拉伸力大于水的抗拉上限, 就会使得水中形成不连续现象, 即出现空化气泡; 此外聚能罩边缘处产生的衍射波进一步加剧了负压的产生, 边缘衍射波最终与拉伸波叠加, 使冲击波负压达到最大值; 通过对比仿真波形和实验波形, 从而验证和进一步揭示了冲击波负压的形成原因. 研究结果对认识水下冲击波的传播规律和进一步改进等离子体声源的设计具有指导意义.

English Abstract

参考文献 (18)

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