基于势流理论的气枪气泡远场压力子波特性研究

叶亚龙; 李艳青; 张阿漫

doi:10.7498/aps.63.054706

摘要

气枪气泡的远场压力子波特性研究是研究气枪震源的基础，本文在前人研究基础上建立了三维边界元气泡动力学模型，并针对气泡射流这一技术瓶颈提出了能量等效算法. 再在上述模型中加入了简化的热力学模型，考虑了气枪释放气体以及气泡传热等热力学因素，将上面模型计算结果和Nucleus软件模拟结果对比，两者符合良好，并以此为基础探讨了传热系数、气枪发射时间、气体等体比热容对气枪主要参数的影响规律. 最后将轴对称气泡融合技术拓展到三维边界元模型，对相干枪进行初步研究，探讨了气枪间距对压力子波的影响规律，旨在为气枪的研究提供参考.

关键词:

气枪气泡 /
边界元 /
热力学 /
相干枪

Abstract

The study of far-field pressure wavelet of air-gun bubble is the basic research of air-gun sources. In this paper, a boundary element bubble model is established to simulate the dynamics of bubble, and an energy equivalent method is put forward to solve the bottleneck of bubble jet. In our simplified model, the bubble model takes into consideration the thermodynamic factors such as heat transfer and gas release, and the numerical results agree with the data of Nucleus software well. Based on the established model, the influence of heat transfer coefficient, air-gun firing time, and specific heat at constant volume on the pressure wavelet are studied. Finally, the three-dimensional bubble merging numerical method is put forward, which is an expansion of the axisymmetric model. Thus, the preliminary study of coherent air-gun is conducted, especially the influence of the space between two bubbles on the wavelet. This paper provides a reference for the research of air-gun.

Keywords:

作者及机构信息

1.
哈尔滨工程大学船舶工程学院, 哈尔滨 150001;

2.
中海油田服务有限公司物探事业部, 天津 300451

基金项目: 中组部青年拔尖人才支持计划和优秀青年科学基金（批准号：51222904）资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China;

2.
China Oilfield Services Limited Geophysical, Tianjin 300451, China

Funds: Project supported by the Program for the Top Young and Middle-Aged Innovative Talents of the Organization Department of the Central Committee of the CPC, Outstanding Young Scientist Foundation of NSFC (Grant No. 51222904).

参考文献

[1]	Chen H L, Quan H Y, Yu G P, Li W D 2008 Equip. Geophys. Prospect 18 211(in Chinese) [陈浩林, 全海燕, 於国平, 李维东, 刘原英 2008 物探装备 18 211]
[2]	Chen H L, Quan H Y, Yu G P, Li W D 2008 Equip. Geophys. Prospect 18 300 (in Chinese) [陈浩林, 全海燕, 於国平, 李维东, 刘原英 2008 物探装备 18 300]
[3]	Zhao M H, Qiu X L, Xia S H, Wang P, Xu H L, Ye C M, Kang Y 2008 Chinese J. Geophys 51 300 (in Chinese) [赵明辉, 丘学林, 夏少红, 王平, 徐辉龙, 叶春明, 康英 2008 地球物理学报 51 300]
[4]	Rayleigh J W 1917 Phil. Mag 34 94
[5]	Gilmore F R 1952 Hydro. Lab. Calif. inst. Technical. Report (California) 26 117
[6]	Ziolkowski A 1970 GeophysJ. Roy. AstrS 21 137
[7]	M L,r o, R Sollie 1992 Geophysics 57 1633
[8]	Zhang A M 2006 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Engineering University) (in Chinese) [张阿漫 2006 博士论文(哈尔滨:哈尔滨工程大学)]
[9]	S RungsiyaphornratE KlaseboerB C Khoo Yeo K S 2003 ComputFluids 32 1049
[10]	Zhang A M, Zeng L Y, Wang S P, Yang S T, Yao X L, Wen X Y 2010 Appl. Math. Mech. 31 163 (in Chinese) [张阿漫, 曾令玉, 王诗平, 杨树涛, 姚雄亮, 闻雪友 2010 应用数学和力学 31 163]
[11]	Wang S P, Zhang A M, Liu Y L, Wang C 2012 Acta MechSin 44 56 (in Chinese) [王诗平, 张阿漫, 刘云龙, 王超 2012 力学学报 44 56]
[12]	Zhang H H, Gao B, Zhang C 2003 Acta Phys. Sin. 52 1714(in Chinese)[张寒虹, 高波, 张弛 2003 物理学报 52 1714]
[13]	Wang Q X, Yeo K S, B C Khoo, K Y Lam 1996 Comput. Fluids 25 607
[14]	Wang Q X, Yeo K S, B C Khoo K Y Lam 2005 Theor. Comput. Fluid Dyn 00 1
[15]	Wang Q X, Blake J R 2010 J. Fluid Mech 34 1
[16]	Newman J N 1977 Marine Hydrodynamics (1st Ed.) (London: MIT Press) p131
[17]	Shen W D, Tong J G 2007 Engineering Thermodynamics (4th Ed.)(Beijing: Higher Education Press) p43 (in Chinese) [沈维道, 童钧耕 2007 工程热力学第4版 (北京:高等教育出版社) 第43页]
[18]	Wang L M 2010 Ph. D. Dissertation (Xi'an: Chang'an University) (in Chinese) [王立明 2010 博士论文 (西安:长安大学)]
[19]	Zhang A M, Wang C, 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]
[20]	Y L Zhang, K S Yeo, B C Khoo, C Wang 2001 J. Comput. Phys. 166 336

施引文献

[1]	Chen H L, Quan H Y, Yu G P, Li W D 2008 Equip. Geophys. Prospect 18 211(in Chinese) [陈浩林, 全海燕, 於国平, 李维东, 刘原英 2008 物探装备 18 211]
[2]	Chen H L, Quan H Y, Yu G P, Li W D 2008 Equip. Geophys. Prospect 18 300 (in Chinese) [陈浩林, 全海燕, 於国平, 李维东, 刘原英 2008 物探装备 18 300]
[3]	Zhao M H, Qiu X L, Xia S H, Wang P, Xu H L, Ye C M, Kang Y 2008 Chinese J. Geophys 51 300 (in Chinese) [赵明辉, 丘学林, 夏少红, 王平, 徐辉龙, 叶春明, 康英 2008 地球物理学报 51 300]
[4]	Rayleigh J W 1917 Phil. Mag 34 94
[5]	Gilmore F R 1952 Hydro. Lab. Calif. inst. Technical. Report (California) 26 117
[6]	Ziolkowski A 1970 GeophysJ. Roy. AstrS 21 137
[7]	M L,r o, R Sollie 1992 Geophysics 57 1633
[8]	Zhang A M 2006 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Engineering University) (in Chinese) [张阿漫 2006 博士论文(哈尔滨:哈尔滨工程大学)]
[9]	S RungsiyaphornratE KlaseboerB C Khoo Yeo K S 2003 ComputFluids 32 1049
[10]	Zhang A M, Zeng L Y, Wang S P, Yang S T, Yao X L, Wen X Y 2010 Appl. Math. Mech. 31 163 (in Chinese) [张阿漫, 曾令玉, 王诗平, 杨树涛, 姚雄亮, 闻雪友 2010 应用数学和力学 31 163]
[11]	Wang S P, Zhang A M, Liu Y L, Wang C 2012 Acta MechSin 44 56 (in Chinese) [王诗平, 张阿漫, 刘云龙, 王超 2012 力学学报 44 56]
[12]	Zhang H H, Gao B, Zhang C 2003 Acta Phys. Sin. 52 1714(in Chinese)[张寒虹, 高波, 张弛 2003 物理学报 52 1714]
[13]	Wang Q X, Yeo K S, B C Khoo, K Y Lam 1996 Comput. Fluids 25 607
[14]	Wang Q X, Yeo K S, B C Khoo K Y Lam 2005 Theor. Comput. Fluid Dyn 00 1
[15]	Wang Q X, Blake J R 2010 J. Fluid Mech 34 1
[16]	Newman J N 1977 Marine Hydrodynamics (1st Ed.) (London: MIT Press) p131
[17]	Shen W D, Tong J G 2007 Engineering Thermodynamics (4th Ed.)(Beijing: Higher Education Press) p43 (in Chinese) [沈维道, 童钧耕 2007 工程热力学第4版 (北京:高等教育出版社) 第43页]
[18]	Wang L M 2010 Ph. D. Dissertation (Xi'an: Chang'an University) (in Chinese) [王立明 2010 博士论文 (西安:长安大学)]
[19]	Zhang A M, Wang C, 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]
[20]	Y L Zhang, K S Yeo, B C Khoo, C Wang 2001 J. Comput. Phys. 166 336

[1]	管韵, 王波波. 环面黑洞的热力学函数. 物理学报, 2022, 71(11): 110401. doi: 10.7498/aps.70.20212370
[2]	卢琪, 陈伟杰, 陆振烟, 许英, 李向前. 同位旋非对称强作用物质状态方程及热力学性质. 物理学报, 2021, 70(14): 145101. doi: 10.7498/aps.70.20210132
[3]	孙其诚. 颗粒介质的结构及热力学. 物理学报, 2015, 64(7): 076101. doi: 10.7498/aps.64.076101
[4]	孙其诚, 刘传奇, 周公旦. 颗粒介质弹性的弛豫. 物理学报, 2015, 64(23): 236101. doi: 10.7498/aps.64.236101
[5]	迟晓红, 高俊国, 郑杰, 张晓虹. 聚丙烯中电树枝生长机理研究. 物理学报, 2014, 63(17): 177701. doi: 10.7498/aps.63.177701
[6]	王伟远, 赵晨, 林玉章, 张树林, 谢晓明, 蒋式勤. 心脏磁场分布电流源重构及其精度分析. 物理学报, 2013, 62(14): 148703. doi: 10.7498/aps.62.148703
[7]	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
[8]	陈丽华, 林万涛, 林一骅, 莫嘉琪. 一类大气非线性动力热力学反应-扩散系统解的稳定性态. 物理学报, 2012, 61(14): 140202. doi: 10.7498/aps.61.140202
[9]	宋晓艳, 徐文武, 张哲旭. 亚稳相的纳米尺度稳定化:热力学模型与实验研究. 物理学报, 2012, 61(20): 200510. doi: 10.7498/aps.61.200510
[10]	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
[11]	张丽春, 李怀繁, 赵仁. Schwarzchild-de Sitter 黑洞的热力学性质. 物理学报, 2010, 59(12): 8994-8998. doi: 10.7498/aps.59.8994
[12]	杨红卫, 钟万勰, 侯碧辉. 力学、热力学及电磁波导中的正则变换和辛描述. 物理学报, 2010, 59(7): 4437-4441. doi: 10.7498/aps.59.4437
[13]	宋海峰, 刘海风. 金属铍热力学性质的理论研究. 物理学报, 2007, 56(5): 2833-2837. doi: 10.7498/aps.56.2833
[14]	张秀兰, 黄整, 陈波, 麻焕锋, 高国强. LaNi5储氢过程的热力学分析. 物理学报, 2007, 56(7): 4039-4043. doi: 10.7498/aps.56.4039
[15]	夏明许, 孟庆格, 张曙光, 马朝利, 李建国. 金属玻璃形成液体的热力学特性. 物理学报, 2006, 55(12): 6543-6549. doi: 10.7498/aps.55.6543
[16]	李正, 何叶青, 胡伯平, 王震西. 烧结Nd-Fe-B中的热力学影响. 物理学报, 2005, 54(11): 5400-5404. doi: 10.7498/aps.54.5400
[17]	欧发. 耗散系统的准热力学模型. 物理学报, 1995, 44(10): 1541-1550. doi: 10.7498/aps.44.1541
[18]	杜宜瑾, 陈立溁, 严祖同. 二维系统的热力学性质. 物理学报, 1982, 31(7): 939-944. doi: 10.7498/aps.31.939
[19]	孙鑫, 叶红娟, 黄静宜. 铁磁体的热力学性质. 物理学报, 1964, 20(9): 940-946. doi: 10.7498/aps.20.940
[20]	程开甲. 内耗的热力学研究(Ⅰ). 物理学报, 1955, 11(2): 163-178. doi: 10.7498/aps.11.163

计量

文章访问数: 8905
PDF下载量: 683
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板