Aspects of Underwater Explosions and Preliminary Modeling in Impetus

Abstract

The subject of this report, is the physics of underwater explosions (undex). The report has several goals: • Develop FFI’s basic knowledge of undex phenomena as part of the project ”1581, Våpenvirkningsmekanikk”. • Provide a general resource for any researcher interested in learning more about undex. • Perform preliminary undex simulations in Impetus to evaluate its current simulation capabilities. • Provide concrete benchmarks for the Impetus team in order to improve the code. The first part (Chapters 2–4) of the report is a detailed literature study of several important undex phenomena, which are useful for benchmarking purposes. In the second part (Chapter 5) we describe our attempts at modeling undex with the numerical code Impetus. Given that Impetus was not designed with undex phenomena in mind, the simulation capabilities are beyond what could reasonably be expected. Impetus is able to describe both the bubble dynamics and shock wave propagation qualitatively, although quantitatively there are still some discrepancies. However, it seems likely that these shortcomings can be overcome with updates to the Impetus code. A range of such improvements are suggested.

Denne rapporten omhandler fysikken som ligger til grunn for fenomener assosiert med undervannseksplosjoner (undex). Rapporten har flere mål: • Forbedre FFIs grunnkunnskap om undex-fenomener, som ledd i prosjektet ”1581, Våpenvirkningsmekanikk”. • Fungere som en generell ressurs for enhver som ønsker å lære mer om undex. • Dokumentere resultatene av innledende undex-simuleringer i Impetus, og evaluere dets kapabilitet til å modellere den relevante fysikken. • Dokumentere konkrete eksperimentelle data og teoretiske fysiske formler, som vil hjelpe impetusutviklerne med å forbedre programvaren. Rapportens første del (kapittel 2–4) er et detaljert litteraturstudium av undex-fenomener. Studiet vil være nyttig for videreutvikling av programvaren. I rapportens andre del (kapittel 5) beskriver vi fenomener vi har forsøkt å modellere i Impetus. Simuleringsresultatene er bedre enn forventet, om en tar i betraktning at Impetus ikke primært er utviklet med tanke på undex-fenomener. Impetus klarer å beskrive både bobledynamikken og sjokkbølgedynamikken kvalitativt korrekt. Det er likevel noen kvantitative avvik mellom simuleringer og eksperimentelle formler. Dersom koden videreutvikles ser det ut til at den kan bli et godt verktøy for å beskrive undex i framtiden. Vi foreslår konkrete utviklingsstrategier.