激波冲击球形气泡的RM不稳定研究

发布时间：2020-10-21 00:37

　　近几十年来,在学术和工程领域,随着技术条件的逐步提升,包括惯性约束核聚变在内诸多领域的需求日益增长的推动下,RM不稳定性的相关研究日益受到重视。国内外科学家对RM不稳定性问题也作了大量工作。本文通过数值方法对多种情况下激波冲击球形界面后界面的变形发展过程进行模拟,以期获得对RM不稳定性的深一步了解,尝试对RM不稳定性现象的出现与发展过程进行较为详细的描述、分析与解释。并对所用的数值方法所存在的优点与短板进行总结评估。本文以Clawpack软件包为平台,使用VOF法和界面函数简单耦合来追踪界面,由基于有限体积法的二阶精度ROE格式构造参数通量,并使用通量限制器对界面附近的非物理振荡进行抑制,由求解近似黎曼问题得到的物质界面的参数来定义虚拟流节点参数,通过对二维欧拉方程的控制方程以及流体体积输运方程的精确求解,较好的解决了在弱激波作用下不同介质发生可压缩流动的动态过程问题。本文中,主要是研究激波与氦气、氩气以及六氟化硫三种实验气体相互作用的不稳定性。首先介绍了实验研究的方法,包括激波管的简介和历史、实验设备的实物图展示、用刀口拍摄纹影图的原理和方法,并且讲述了实验光路的要求和调节方法,引进了高速摄影系统的概念。然后将实验结果进行了整理分析,并与数值计算结果进行对比。本文通过一系列研究,获得了一定的激波冲击气泡的数值模拟结果。结合实验结果和国内外已有的相关结论。通过本文的研究可以加深对这一类物理问题的理解,从而为以后深入的研究打下基础。同时通过对比,验证了程序的可靠性,并获得了可靠的实验数据与方法,对于今后的研究具有重要的意义。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O354.5
【部分图文】：

示意图,流体,密度,发展过程

型的 RM 不稳定性发展过程如图 1.1 所示，流体 1、2 分别位于流场的上且流体 1的密度小于流体 2的密度，两种流体在初始状态分别处于自由静止体的分界面上存在着初始扰动，平面入射激波 M 自上而下地从流体 1 运流体 2，在入射的平面激波 M 与交界面发生接触时，出现反射和折射现象成一道透射激波 T、一道反射波 R。透射激波 T 沿流体 2 继续向下方传播沿流体 1 向相反方向传播。反射波依据交界面两侧流体的密度和热力学以及入射激波的马赫数的大小情况，既可以是激波又可以是稀疏波，本例波为激波。因为交界面两侧声速大小的不同和界面处各点曲率的作用，随M 与交界面切线方向的夹角（即激波角）的变化，不同位置处可能会产生能会产生非规则折射。所以可以发现有多道横波会在透射激波 T 与反射波内出现。经过透射激波 T 与横波的共同影响，最初的交界面被赋予一个基初始速度，具体体现为初期所呈现的扰动的线性加剧增强过程。同时壁面图 1.1 RM 不稳定性发展过程示意图

示意图,斜压,机制,压力扰动