王诗平 张阿漫 程潇欧 姚熊亮 陈海龙

哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001

0 引言

当在自由面与水中结构物附近产生气泡时，需要同时计入两者对气泡脉动的影响［1-2］。水下爆炸被广泛应用于国防和工业等领域，其生成气泡的运动特性由于浮力和边界的特性而非常复杂。当气泡在刚性壁面附近运动时，刚性壁面会对气泡产生吸引而诱导其产生朝向刚性壁面方向的射流；当气泡在自由面附近运动时，自由面会对气泡产生排斥而使射流方向远离自由面，浮力的存在会使气泡的运动形式更加复杂［3］。在数值模拟中描述在壁面、自由面和浮力共同作用下气泡运动特性的研究较少，为此，本文将以计入自由面效应的格林函数替代基本格林函数，采用边界元法研究水面舰船附近气泡的运动特性，同时计入浮力的影响。

在对自由面进行建模时，需要将自由面区域设置得较大，或者将自由面建成封闭的四面体，这就导致自由面网格划分较多［4］，严重影响计算速度。因此，本文将采用修正格林函数，在不对自由面进行建模的情况下考虑自由面对气泡脉动的影响。

在考虑水下爆炸气泡与水面舰船的相互作用时，由于药包在水下爆炸生成的气泡与自由面较近，因此需要考虑自由面对气泡运动的影响，此时，在建立气泡运动模型时，需要同时考虑气泡表面、自由面和舰船水线面以下的部分。如此，就会产生一系列的问题：首先，自由面需要大量的三维网格，这样会增加数值计算量；……