自由场水中爆炸气泡的物理特性

将水中爆炸气泡运动阶段周围流场假设为无粘、无旋、不可压缩的理想流体,运用边界元法模拟自由场中气泡的运动,在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术,避免因网格扭曲而导致的数值发散,并开发计算程序。计算值与实验值吻合良好,误差小于10%。从自由场水中爆炸气泡的基本现象入手,基于本文中开发的程序系统地研究了自由场中气泡的动力学特性。对流场中不同方位的压力进行分析,得出气泡中心的迁移方向及射流的攻击方向压力载荷比其他方向均大,说明气泡射流的攻击方向压力载荷最大,对水中结构造成严重毁伤,表明了气泡载荷的不对称性。计算了流场中不同位置的速度变化曲线,结果表明随着距气泡中心距离的增大,气泡运动引起的滞后流的速度迅速减小,且随着气泡的膨胀和坍塌,滞后流的方向逆转,总结了滞后流的衰减及变化规律。     

Interaction of underwater explosion bubble with complex elastic-plastic structure

Considering the elastic-plasticity of the structure, the combination of boundary element method and finite element method （FEM） is employed to present the calculation method for solving the complex coupled dynamic problem of bubble, elastic-plastic structure and the free surface, and the complete three-dimensional calculation program is developed as well. The error between the calculated result and the experimental result is within 10%. Taking a surface ship for example, the three-dimensional calculation program is extended to engineering filed. By employing the program, the response of the ship under the bubble loading is analyzed. From the stress-time history curves of typical elements of the structure, it can be seen that the pressure reaches its maximum when the bubble collapses and this validates that the pressure generated by the bubble collapse and the jet can cause serious damage on the ship structure. From the dynamic process of the interaction between the three-dimensional bubble and the ship, the low order vertical mode of the ship is provoked and the ship presents whip-shaped motion. And the ship does elevation and subsidence movement with the expansion and shrinkage of the bubble. Some rules and conclusions which can be applied to the engineering problems are obtained from the analysis in this paper.     

电浮选方法在净化镍离子中的应用研究

采用电浮选方法,对水溶液中的Ni^2 的净化效果进行了研究。通过考察溶液的pH、离子强度、Ni^2 的初始浓度以及电极电流密度等因素,讨论了电浮选方法影响重金属Ni^2 净化的情况;并与传统的自然沉降法对照,认为电解过程所产生的微小气泡除参与浮选之外,还参与了金属胶体颗粒形成的絮凝过程,使电浮选工艺过程不仅能浮选不溶性胶体颗粒,而且还可以进一步去除溶液中可溶性重金属Ni^2 ,从而使净化效果更佳。实验结果也表明,电浮选对于净化处理含低浓度重金属Ni^2 溶液效果优于重量沉淀法。并对其它含重金属离子污水净化提供了参考。     

固体溶质在超临界三元系统中的溶解度

溶质在超临界流体中的溶解度数据是研究超临界流体技术的基础.本文对纯组分固体溶质有夹带剂存在的超临界流体三元系统中,夹带剂增大溶质溶解度的作用进行了总结,述评了夹带剂增大溶质溶解度的机理和常用的计算模型.此外,针对两种固体混合溶质共存于超临界流体中的三元系统,讨论了混合溶质共存对彼此溶解度的影响及其相关的理论假说和计算模型.     

水中孤立气泡对声波的耗散作用

本文从气泡壁面线性运动方程出发,对水中孤立气泡的声耗散机理进行了分析。结果表明:气泡对声波具有明显的耗散作用;耗散作用由声散射和声吸收两部份组成;热传导在气泡对声波的耗散作用中起决定性作用;气泡处于谐振时,对声波具有最大的耗散作用。     

泡沫覆盖层对水下爆炸气泡射流防护机理缩比试验研究

水下爆炸会对水中结构物造成严重威胁。柔性覆盖层或夹层板能够降低水中结构物水下爆炸冲击响应，因此成为研究的热点。以往的研究多集中于覆盖层对冲击波的防护机理，适用于较远距离的水下爆炸情况。近距离水下爆炸除了冲击波外，爆炸气泡溃灭时产生的朝向结构物的高速水射流更为致命。该文针对这种情况，基于量纲原理，推导缩比相似关系，通过缩比模型水下爆炸试验发现了覆盖层表面空化微气泡群对爆炸气泡形成高速水射流过程产生干扰，提出了泡沫覆盖层钢板水下爆炸气泡射流防护机理。     

水下针-板放电气泡脉动及冲击特性

为明确水中脉冲放电能量释放过程所产生气泡的脉动和压力波冲击特性，依据能量等效原则，在LS-DYNA软件中建立针-板电极结构的水下爆轰模型，模拟气泡形态。通过与获取的物理图像比对，发现气泡形态和时间演化尺度高度一致。在此基础上，对气泡的冲击特性进一步分析，结果表明:冲击波峰值、气泡脉动周期和半径大小随放电能量增加而加大，随静水压力的增加而减小；当放电电压由14 kV增至20 kV，二次压力波峰值由2.89 MPa升至4.09 MPa，提高41.5%；当静水压力由202.65 kPa增至506.63 kPa，二次压力波峰值从5.15 MPa升至6.36 MPa，提高23.5%，放电能量和水压的增加对二次压力波提升明显；随着距离增加，二次压力波所占冲击波的峰值压力比重，由12.6%增加至35.3%，远场放电位置二次压力波不可忽视。     

水下接触爆炸下沉箱码头毁伤效应

为研究水下接触爆炸下沉箱码头毁伤效应和毁伤机理，通过LS-DYNA有限元软件建立沉箱码头水下接触爆炸模型，进行数值模拟研究，并通过试验验证模型准确性。结果表明:运用有限元方法能够较好地模拟水下接触爆炸作用下沉箱码头的毁伤效应，沉箱码头的破坏过程可分为两个阶段:冲击波阶段，沉箱外墙产生初始破口和环状裂缝；气泡膨胀阶段，爆轰产物从破口涌入仓格加速了仓格的变形和毁伤，仓格顶部变形严重导致码头面板破坏，气泡由于冲出水面提前溃灭，码头毁伤在0.14倍的气泡第一次脉动周期基本停止。对比不同爆炸深度，水域中部接触爆炸下沉箱毁伤最为严重，近水面接触爆炸对码头面板的毁伤作用更强。     

电场作用下气泡上升行为特性的数值计算研究

利用电场控制气泡形态及运动,强化气液相间传热传质是电流体动力学的重要研究内容之一. 然而目前多数研究集中在非电场下的气泡动力学上,对于电场下的气泡行为特性及电场的作用机制仍需开展深入研究. 本研究对电场作用下单个气泡在流体中上升过程的动力学行为进行了数值模拟研究. 在建立二维模型的基础上求解电场方程与Navier-Stokes方程,并采用水平集方法捕捉了上升气泡的位置及形状. 模拟结果的准确性与有效性通过与前人实验和数值结果进行对比得到了验证. 通过改变雷诺数、邦德数和电邦德数等不同参数研究了电场下液体黏度、表面张力和电场力对气泡运动变形的影响. 计算结果表明,电场对气泡的动态特性有显著影响. 非电场情况下液体黏度和表面张力较大时气泡基本维持球状,反之气泡发生变形并逐步达到稳定状态. 此外,电场作用使气泡在初始上升阶段发生剧烈形变,随着不断上升,气泡形变程度不断减小,且气泡的上升速度和长径比均出现振荡. 垂直电场使气泡的上升速度有较大的提高,且随着电邦德数的增大,难以达到相对稳定的状态.