水下爆炸氣泡運動穩定性分析研究*

張永坤

（91439部隊 大連 116041）

1 引言

裝藥在水中引爆后，變成高溫、高壓氣體，該氣體被周圍的水包圍形成氣泡。氣泡內部高壓驅使周圍的流體以小于聲速的速度向外擴散，在此階段，一般把水看成不可壓縮介質。由于慣性作用，氣泡將過度膨脹，內壓力減小，直至僅占外部流體靜水壓很小一部分，氣泡表面的負壓差使氣泡的膨脹運動停止，并使氣泡產生收縮運動，收縮過程由流場中周圍流體靜壓力驅動，該過程將會繼續直至不斷增加的內部氣泡壓力將該過程瞬間逆轉過來。氣體和水的彈性特性、水的慣性為氣泡振蕩提供條件，該過程被稱為氣泡脈動，脈動過程直至氣泡破裂為止。假定氣泡周圍水的密度不變，并且氣泡保持球形，這兩個假定在氣泡膨脹階段是可行的，隨著氣泡半徑達到最小值（此時形成很大的壓力與加速度）而越來越不正確。研究過程關注于第一次氣泡脈動周期內氣泡的產生、膨脹、最大、收縮、最小，此過程氣泡上浮量很小，基本不用考慮氣泡上浮的情況。氣泡也只關注單個爆炸產生的大氣泡的情況，流體中群空泡、碎空泡等情況不加以考慮。

水下爆炸氣泡運動過程及分析，國內外學者開展了大量的研究，主要包括理論分析、科研試驗、數值計算等方面［1～14］，為氣泡運動穩定性分析奠定基礎。文獻［5］以勢流理論為基礎，忽略粘性影響，考慮氣泡遷移效應、自由表面效應，建立了水下爆炸氣泡脈動模型。文獻［6］沖量時間基線的選取以及沖量的計算方法值得借鑒。……