Water Waves Generated by Underwater Explosion pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Lemehaute, Bernard/ Wang, Shen

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:1995-1

价格:$ 113.00

装帧:

isbn号码:9789810220839

丛书系列:

图书标签:

• 水波
• 水下爆炸
• 爆炸力学
• 流体力学
• 冲击波
• 数值模拟
• 实验研究
• 海洋工程
• 爆炸物理
• 水动力学

蔚蓝之下的低语：深海爆炸对海洋动力学的影响研究 图书简介 本书深入探讨了水下爆炸这一剧烈地质扰动事件对海洋环境，特别是水体动力学特性所产生的复杂而深远的影响。不同于传统的海洋波浪研究，本书聚焦于由瞬时高能释放所激发的独特波系——爆炸波（Blast Waves）的产生机理、传播特性、能量衰减规律及其与自然海浪系统的相互作用。 海洋，作为地球表面最广阔的组成部分，其内部动力学过程是气候系统、生态平衡乃至人类活动（如水下工程、军事部署）的关键驱动力。水下爆炸，无论是军事试验、地震勘探还是海底工程事故，都在极短时间内向周围介质注入巨大的能量，这种能量的转化和传递过程是理解海洋瞬态响应的基础。 第一部分：爆炸波的物理基础与产生机制 本书的开篇部分首先建立了一个严格的物理模型，用于描述高能物质在水下瞬间燃烧或分解时，所形成的超高压气泡（Bubble Dynamics）的演化过程。我们详细分析了爆炸发生瞬间，高温高压气体与周围冷水体接触时产生的冲击波（Shock Wave）的形成机制。 冲击波的生成与特性： 我们运用流体力学和热力学原理，推导了冲击波的初始强度、传播速度与爆炸当量之间的关系。重点分析了空腔形成阶段的快速膨胀，以及随后气泡的脉动行为。这种脉动并非简单的往复运动，而是涉及复杂的黏性耗散和热力学过程的非线性振荡。 气泡动力学与二次波源： 爆炸后形成的气泡在周围水压作用下会发生周期性的收缩和再膨胀。每一次收缩和随后的破裂（或与自由表面接触）都会产生次级的水下声波，即所谓的“气泡脉动波”（Bubble Pulse Wave）。本书利用有限元分析（FEA）和无网格化方法（SPH），模拟了不同深度、不同当量爆炸下气泡的形状演变和能量释放谱。我们发现，气泡的初始深度对二次波的能量分布具有决定性影响。 第二部分：爆炸波的传播、衰减与多路径效应 爆炸产生的能量不会在原地耗尽，而是以波的形式向远场传播，形成我们所关注的“水下爆炸波系”。与自然风浪的线性传播不同，爆炸波的特点是高频率成分丰富、传播距离尺度大，且易受海洋分层结构的影响。 声学传播与海底界面： 我们详细阐述了爆炸声波在水体中传播时，如何受到温度梯度、盐度梯度（即海洋声速层）的影响。书中引入了射线追踪法和波数积分法，精确计算了波能在不同深度的垂直分布。特别关注了声波在海底界面的反射、折射和吸收特性。对于浅水和深水环境，我们分别构建了适用于该尺度传播的声场模型。 非线性效应与自聚焦： 随着冲击波的传播和能量的衰减，其最初的尖锐前沿会逐渐变平。本书探讨了在近场条件下，由波速依赖于波幅所导致的非线性效应，例如“波形陡化”现象，这在近距离探测中至关重要。此外，我们还分析了在复杂海峡或存在声影区时，爆炸波可能发生的能量自聚焦现象。 水体湍流与耗散： 爆炸引发的剧烈水体扰动会在局部区域产生强烈的湍流。本书利用雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模型，估算了爆炸后瞬态湍流场的生成，并量化了这种湍流结构对声能的散射和耗散作用，这是传统线性声学模型中经常忽略的关键因素。 第三部分：爆炸波与自然海浪系统的耦合与干扰 水下爆炸并非孤立事件，它发生在一个已经存在自然波浪场的海洋环境中。爆炸波与已有的风浪、涌浪等自然波系之间的能量交换和叠加效应，构成了海洋动力学研究的一个复杂前沿。 波系叠加与干涉： 爆炸冲击波具有极短的周期和极高的瞬时幅值。本书通过傅里叶分析，将爆炸波和自然波系分解到不同的频率区间，研究了它们在时域和频域上的叠加特性。在某些特定条件下，爆炸波的尾波可能与长周期涌浪发生建设性干涉，极大地改变海面的瞬时状态。 自由海面（Sea Surface）的响应： 爆炸波到达海面后，会产生剧烈的“喷发现象”（Plume Eruption）和“飞溅”（Spiking）。我们采用高速摄影和水动力学模拟相结合的方法，分析了这种能量耦合如何将水体垂直抛射到大气中，并探讨了这种瞬时扰动对大气边界层的影响。书中提供了不同水深和波浪状态下喷出现象的经验公式和数值预测模型。 对水下结构物的冲击评估： 爆炸波在传播过程中，其作用于潜艇、海底管道、平台桩基等水下结构物时，会产生复杂的瞬态载荷。本书详细分析了冲击载荷的峰值压力、脉冲宽度以及结构物的瞬态动力响应，特别是对材料疲劳和结构完整性的长期影响，为水下工程的安全设计提供了关键参数。 结论与展望 本书不仅是对水下爆炸物理现象的描述，更是一部关于如何利用先进数值方法精确预测和量化瞬态海洋扰动的专著。我们总结了当前研究的局限性，例如对爆炸气泡破裂后多相流体动力学建模的难度，以及在复杂浅海中三维声场精确测量的挑战。最终，本书展望了未来利用机器学习和更精细的微物理模型来提高水下爆炸波场预测准确性的研究方向。本书内容严谨、数据翔实，是海洋工程、水下声学、地球物理学领域研究人员与工程师的必备参考书。

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