Page 124 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 杨 帅，等： 破碎浮冰环境下结构物倾斜入水空泡演化特性实验研究 第 5 期

2 碎冰环境下结构物入水空泡演化特性分析

实验工况如图 3 所示，其中结构物以 60 m/s
的初速入水，且入水角均为 60°，将结构物与水面 Water-
接触的瞬间定义为 t=0 ms。此外，为便于分析入 facing side Water-away
60° side
水过程，以结构物轴线为分界线，轴线右侧为背 t=0 ms
水面，轴线左侧为迎水面。
不同工况下结构物入水空泡扩张过程如图 4
所示。从图 4(a) 可以看出，t=0.83 ms 时，4 种工
况 下 结 构 物 入 水 时 均 出 现 了 向 右 的 入 水 喷 溅 ，

δ=0% 工况下，背水面喷溅呈弯曲的短弧形与液 Crushed-ice area
面相接，并且喷溅相对集中；而 δ=50% 和 δ=70%
图 3 实验工况示意图
工况下，背水面喷溅呈无规则状且较分散。究其
Fig. 3 Schematic diagram of the experimental conditions
原因，一方面，是因为液面浮冰会阻碍液体的飞
溅，导致破碎浮冰环境只有一小部分液体形成喷溅；另一方面，由于结构物入水产生扰动，自由液面上的
小 块 碎 冰 会 有 一 部 分 向 上 运 动 ， 而 另 一 部 分 则 从 浮 冰 体 间 的 间 隙 中 飞 出 ， 从 而 造 成 喷 溅 分 散 现 象 。
t=1.94 ms 时，背水面喷溅逐渐向上运动，δ=0% 工况形成了一条狭长的弧形喷溅，而其他 3 个工况则随着
δ 的增大，背水面喷溅愈加分散。这是因为，随着 δ 的增大，自由液面处破碎浮冰数量增多，同时结构物
入水冲击造成了更多的破碎浮冰向上运动，最终导致背水面喷溅越来越分散。

Splash Crushed-ice Splash
concentration area dispersion

δ=0% δ=30% δ=50% δ=70%
(a) t=0.83 ms

45.83 mm 43.23 mm 42.32 mm 41.24 mm
50 mm
35.15 mm 34.87 mm 34.61 mm 33.75 mm
100 mm

δ=0% δ=30% δ=50% δ=70%
(b) t=1.94 ms
图 4 空泡扩张阶段的空泡演化图像
Fig. 4 Cavity evolution in the water-entry cavity expansion stage

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