液-液斜界面Rayleigh-Taylor不稳定性粘性效应的实验研究
发布时间：2020-12-10 11:05
Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性作为流体力学的普遍现象,它是指当轻流体受到持续加速度作用向重流体加速时,由于流体界面处压力密度与密度梯度不重合,即?p??（27）0,界面处的随机扰动振幅会随时间的发展经历线性阶段、非线性阶段后最终达到湍流混合的过程。Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性是非均匀密度界面存在速度差形成剪切力诱导的一种界面不稳定性。一种或多种界面不稳定性耦合问题不仅在揭示界面失稳物理机制上有重要的理论价值,更在发动机内燃室等工程应用有重要价值,还在超新星爆发等天体动力学中有着重要应用。近年来在惯性约束核聚变如何实现内爆点火的大背景驱动下,一直受到广泛研究学者的关注。斜压效应作为诱导产生界面不稳定性的重要因素之一,如何分析斜压效应对RT稳定性诱导的界面失稳现象的影响规律是界面不稳定性中的经典问题。RT不稳定性与KH不稳定性耦合效应在界面演化的是相互竞争的关系还是相互促进的问题也深受学者们的困扰。流体的粘性作为流体重要的物性参数,与表面张力一样,一直被认为是抑制界面不稳定发展的物理量,但是粘性在诱导机制上是否与其他物理量相同,这样的讨论只出现了理论与数...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同的诱导机制下三种典型的界面不稳定性，其中（a）为RT不稳定性，（b）为KH不稳定性，（c）为RM不稳定性（注：图片均来自百度百科与文献）
RT 不稳定性作为一种多尺度强非线性物理，在自然现象与工程应用中扮演着重要的角色。如在超新星爆发中[4]，RT 不稳定性被认为是引起大质量恒星内部坍塌、产生射流、爆炸与星际云间的相互作用原因之一。此外地下盐丘、火山岛的形成[5]也与 RT 不稳定性有着密切的联系。工程应用中，超燃冲压发动机[6]中 RT 不稳定性的存在会使燃料与氧气的接触面积增大，提高了燃烧效率，对于这种情况，RT 不稳定是有利的。而在惯性约束核聚变[7]（ICF）中，由 RT 不稳定性诱导的湍流混合被认为是不利的。在 ICF 中，为了实现点火，常采用多束激光对称分布同时照射由氚、氘形成的靶丸，在极短的时间内，靶丸吸收激光能量后变成等离子体向外蒸发，由于球层约束产生的惯性力压缩靶芯，靶芯在为分散之前发生聚变并产生大量能量。但如果在靶丸在压缩发生内爆的过程中产生了 RT 不稳定性，其诱导的湍流混合直接影响到靶丸的产额并导致点火失败。因此在 ICF 中应该消除甚至避免 RT 不稳定性的产生。此外 RT 不稳定性在气象学[8]、海洋运动学[9]中有着广泛的应用。由以上可知，RT 不稳定具有重要的实际意义，对 RT 不稳定的充分研究十分必要。
浙江理工大学硕士学位论文 液-液斜界面 Rayleigh-Taylor 不稳定性粘性效应的实验研究的重要内容。研究者们充分发挥自己的聪明才智，发明了如垂直加速装有稳定界面流体的箱体[25]，反转箱体[26]，抽离挡板[27]，水槽[28]等相关实验方法来模拟界面 RT 不稳定性进行研究，并对混合区增长率等相关系数进行统计分析。下图 1.3 列举了文献中采用的产生 RT不稳定性的方法示意图。其中1 为轻流体，2 为重流体。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激波与椭圆形重气柱相互作用的PLIF实验[J]. 黄熙龙,廖深飞,邹立勇,刘金宏,曹仁义. 爆炸与冲击. 2017(05)
[2]非理想流体中Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性气泡速度研究[J]. 霍新贺,王立锋,陶烨晟,李英骏. 物理学报. 2013(14)
[3]斜界面Rayleigh-Taylor不稳定性混合实验研究[J]. 刘金宏,谭多望,张旭,黄文斌,邹立勇. 高压物理学报. 2012(06)
[4]任意Atwood数Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性气泡速度研究[J]. 陶烨晟,王立锋,叶文华,张广财,张建成,李英骏. 物理学报. 2012(07)
[5]Rayleigh-Taylor不稳定性诱导湍流混合的数值模拟[J]. 杨玟,王丽丽,张树道. 工程力学. 2011(06)
[6]初始扰动对于气液界面Rayleigh-Taylor不稳定性发展的影响[J]. 黄文斌,邹立勇,刘金宏,谭多望,张光昇. 实验流体力学. 2010(03)
[7]Rayleigh-Taylor不稳定性的MPS数值模拟[J]. 程会方,段日强,姜胜耀. 核动力工程. 2010(S1)
[8]一个用于界面不稳定性实验研究的竖式激波管[J]. 邹立勇,刘金宏,王建,黄文斌,谭多望,刘仓理. 高压物理学报. 2008(02)
[9]Richtmyer-Meshkov不稳定性流体混合区发展的实验研究[J]. 施红辉,卓启威. 力学学报. 2007(03)
[10]流体可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定性影响机理分析[J]. 秦承森,王裴. 爆炸与冲击. 2004(01)
本文编号：2908586
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同的诱导机制下三种典型的界面不稳定性，其中（a）为RT不稳定性，（b）为KH不稳定性，（c）为RM不稳定性（注：图片均来自百度百科与文献）
RT 不稳定性作为一种多尺度强非线性物理，在自然现象与工程应用中扮演着重要的角色。如在超新星爆发中[4]，RT 不稳定性被认为是引起大质量恒星内部坍塌、产生射流、爆炸与星际云间的相互作用原因之一。此外地下盐丘、火山岛的形成[5]也与 RT 不稳定性有着密切的联系。工程应用中，超燃冲压发动机[6]中 RT 不稳定性的存在会使燃料与氧气的接触面积增大，提高了燃烧效率，对于这种情况，RT 不稳定是有利的。而在惯性约束核聚变[7]（ICF）中，由 RT 不稳定性诱导的湍流混合被认为是不利的。在 ICF 中，为了实现点火，常采用多束激光对称分布同时照射由氚、氘形成的靶丸，在极短的时间内，靶丸吸收激光能量后变成等离子体向外蒸发，由于球层约束产生的惯性力压缩靶芯，靶芯在为分散之前发生聚变并产生大量能量。但如果在靶丸在压缩发生内爆的过程中产生了 RT 不稳定性，其诱导的湍流混合直接影响到靶丸的产额并导致点火失败。因此在 ICF 中应该消除甚至避免 RT 不稳定性的产生。此外 RT 不稳定性在气象学[8]、海洋运动学[9]中有着广泛的应用。由以上可知，RT 不稳定具有重要的实际意义，对 RT 不稳定的充分研究十分必要。
浙江理工大学硕士学位论文 液-液斜界面 Rayleigh-Taylor 不稳定性粘性效应的实验研究的重要内容。研究者们充分发挥自己的聪明才智，发明了如垂直加速装有稳定界面流体的箱体[25]，反转箱体[26]，抽离挡板[27]，水槽[28]等相关实验方法来模拟界面 RT 不稳定性进行研究，并对混合区增长率等相关系数进行统计分析。下图 1.3 列举了文献中采用的产生 RT不稳定性的方法示意图。其中1 为轻流体，2 为重流体。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激波与椭圆形重气柱相互作用的PLIF实验[J]. 黄熙龙,廖深飞,邹立勇,刘金宏,曹仁义. 爆炸与冲击. 2017(05)
[2]非理想流体中Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性气泡速度研究[J]. 霍新贺,王立锋,陶烨晟,李英骏. 物理学报. 2013(14)
[3]斜界面Rayleigh-Taylor不稳定性混合实验研究[J]. 刘金宏,谭多望,张旭,黄文斌,邹立勇. 高压物理学报. 2012(06)
[4]任意Atwood数Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性气泡速度研究[J]. 陶烨晟,王立锋,叶文华,张广财,张建成,李英骏. 物理学报. 2012(07)
[5]Rayleigh-Taylor不稳定性诱导湍流混合的数值模拟[J]. 杨玟,王丽丽,张树道. 工程力学. 2011(06)
[6]初始扰动对于气液界面Rayleigh-Taylor不稳定性发展的影响[J]. 黄文斌,邹立勇,刘金宏,谭多望,张光昇. 实验流体力学. 2010(03)
[7]Rayleigh-Taylor不稳定性的MPS数值模拟[J]. 程会方,段日强,姜胜耀. 核动力工程. 2010(S1)
[8]一个用于界面不稳定性实验研究的竖式激波管[J]. 邹立勇,刘金宏,王建,黄文斌,谭多望,刘仓理. 高压物理学报. 2008(02)
[9]Richtmyer-Meshkov不稳定性流体混合区发展的实验研究[J]. 施红辉,卓启威. 力学学报. 2007(03)
[10]流体可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定性影响机理分析[J]. 秦承森,王裴. 爆炸与冲击. 2004(01)
本文编号：2908586
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