激波诱导预混火焰界面RM不稳定性的数值研究

发布时间：2024-02-04 00:30

　　受扰动的气体密度界面在受到激波冲击时,由于界面上密度梯度与压力梯度方向的不一致,会在界面上产生涡量的沉积,进而导致界面扰动的增长,即形成所谓的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定现象,这是一种基本的流体不稳定现象。当界面能够发生化学反应时,如预混火焰界面,此时界面的RM不稳定发展过程就会促进已燃气和未燃气的混合,从而强化燃烧,甚至可能引发爆轰。该现象涉及一系列复杂的物理化学过程,其中不少问题至今没有得到充分的认识和理解。已有的激波与火焰相互作用的研究报道中,较多的是关注球形或柱形火焰界面的不稳定过程,而带扰动的预混火焰界面的RM不稳定发展过程受研究的很少。在实际问题中,尤其是在诸如燃烧室这样的受限空间内,激波通过反射可以和火焰界面发生多次作用,这种激波连续多次作用的现象更为常见,但是此类研究尚未见到相关文献。本文基于带化学反应的二维Navier-Stokes方程,采用高精度九阶WENO格式,对初始带二维波状扰动的气体密度界面(包括非反应性界面和预混火焰界面)在激波多次作用下的不稳定过程开展了系统的数值模拟研究,并利用基于GPU的异构并行模式来实现计算程序的大规模并行计算。本...

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２?Ｊａｃｏｂｓ等研究ＲＭ不稳定的初始扰动界面模型及涡量分布１２７１??

＾?ａ〇＼?（?ａｂ?Ｉ?ａｓ?（??图１．１?ＲＭ不稳定示意图（左侧为初始界面状态，右侧为早期发展阶段）??对于这种形式的增长，Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒ早在１９６０年就提出了预测这种扰动增长行为的线??性模型Ｉ１，｜２１，即“冲击模型”。扰动增长模型表达式如下：??ａ（ｆ）?＝?ａ０....

图２．１初始密度界面消除网格扰动前后对比图??

称为异构系统，通常把ＣＰＵ称为主机（ｈｏｓｔ），把ＧＰＵ称为设备（ｄｅｖｉｃｅ）。本??文的数值计算中，使用的计算平台为Ｔｅｓｌａ?Ｃ２０７５?ＧＰＵ和８核丨ｎｔｅｌ?Ｘｅｏｉｉ双路ＣＰＵ。??ＣＰＵ／ＧＰＵ异构并行模式如图２．２所示，在此模式下，由主机完成流场数据初始化，然后?....

图2.2CPU/GPU异构系统并行计算模式示意图

算方法及程序实现??ｒａｐｈｉｃ?Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?Ｕｎｉｔ，即“图形处理器”）在并行数据计算上具有，近年来吸引了越来越多的计算流体力学研究者的注意，并已经实模拟｜７７］、涡轮机流场模拟１７Ｘ１等大规模计算中的应用，获得了很可（Ｃｏｍｐｕｔｅ?Ｕｎｉｆｉｅｄ?Ｄｅｖｉｃｅ?Ａ....

图３．１激波作用Ａｉｒ／ＳＦ６界面的波系变化及界面位置轨迹示意图??３．３网格依赖性测试和实验验证??

氟化硫（ＳＦ６）密度界面的实验。在实验中，他们通过步进电机带动曲柄机构以一个固??定频率振荡激波管，这样初始气体界面就获得了单一方向上的扰动，二维扰动界面形似??波浪。界面初始形态模型如图３．２所示，采用高速相机沿图中箭头所指方向拍摄扰动界??面，初始获得的实验照片如图３．３所示....

本文编号：3894896