شبيه سازي عددي دوبعدي انفجار زير آب نزديك سطح آزاد آب‌هاي كم عمق

2-D numerical simulation of underwater explosion near free surface of shallow water

هدف از اين مقاله توسعه يك روش عددي براي شبيه سازي پديده انفجار زيرسطحي با يك مدل رياضي دوسيالي است. مدل دوسيالي پنج-معادله‌اي كاپيلا و معادلاتحالت گاز ايده آل براي فاز گاز و استيفند گاز براي فاز مايع انتخاب شد. براي شبيه سازي ناحيه‌هاي كاويتاسيون با فشار كم از مدل اصلاح شده كاويتاسيون اشميت استفاده شد. روش عددي گودونوف و حلگر ريمن HLLC براي مدل دوسيالي در حالت دوبعدي توسعه داده شد. نتايج عددي حاصل و مقايسه كيفي آن ها با نتايج آزمايشگاهي در دسترس بيانگر توانايي مدل در پيش بيني رفتار پيچيده فيزيك انفجار زيرسطحي و اثرات متقابل آن با سطح آزاد است. نتايج حاصله همچنين بيانگر عملكرد خوب و بدون نوسان عددي در شبيه سازي نواحي با كاويتاسيون در حالت دوبعدي است.

The aim of this paper is to develop a numerical procedure for simulating underwater explosion phenomena with a simplified mathematical and two fluid model. The two fluid Kapila five equation model is selected as the governing equations and the ideal gas and Stiffened gas equations of state (SG-EOS) are used to obtain pressure in the gas bubble and the surrounding water zone, respectively. The modified Schmidt EOS is used to simulate the cavitation regions with low pressure. A Godunov numerical method and HLLC Reiman solver is extended for Kapila two fluid model. The numerical results of the present method and comparing them with available experimental results, verify that the proposed method has good capability of predicting complex physics involved in a spherical underwater explosion and its interaction with free surface. The method also shows a very good performance with no spurious oscillation in cavitation zone simulation in two-dimensional problems.