LS-DYNA水下爆炸模拟：气泡脉动过程深度剖析

问题描述

炸药水下爆炸后爆轰产物会以气泡的形式存在，内外压差导致气泡的膨胀与回缩坍塌，此过程称为气泡脉动。由于重力的作用，使得静水压力沿水深呈梯度分布，因此气泡在脉动的过程中，还会伴随着气泡形状的变化以及上浮等问题。受流体内压力不均的影响，最终会气泡射流，破坏气泡完整性而溃灭。

对气泡射流的研究是水下爆炸重要的研究课题。在数值计算中可通过设置静水压力沿水深梯度变化的方法来模拟静水压环境，在LS-DYNA中可采用*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE关键字完成静水压力的设置。

图 水下气泡脉动及压力释放过程

----------张思远，王志强等《水下针-板放电气泡脉动及冲击特性》

计算模型

采用二维ALE算法建立轴对称数值计算模型。计算模型宽为10m，高为10m，其中上部分为空气（3m），下部分为水（7m），通过体积填充的方式在水下5m处填充球形TNT药包（半径为2cm）。采用*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE关键字施加由重力引起的静水压力梯度。

图 计算模型

计算结果

通过计算最终得到了球形TNT药包在水下5m处起爆后，前1.5个周期内气泡脉动以及气泡形状的演变过程，如下图所示。

图 气泡形状变化

小结与思考

（1）气泡脉动过程的模拟具有较高的网格尺寸敏感性，

（2）采用二维轴对称模型能够降低网格数量，且能实现很好的计算结果；

（2）另外*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC也能实现静水压力梯度设置。

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