二维Rayleigh-Taylor不稳定性组分剖面与Atwood数相关性

发布时间：2024-12-08 22:31

　　 由Rayleigh-Taylor不稳定性引起的湍流混合广泛存在于自然现象和工程应用中.在重力场作用下,将重流体置于轻流体之上,系统处于平衡状态.此时,在轻重流体界面处添加微小扰动,重流体向下形成尖钉,轻流体向上形成气泡,轻重流体进入湍流混合状态,系统失去稳定状态,进入失稳过程.组分剖面揭示了流场在任意时刻任意高度上的成分,从而揭示了Rayleigh-Taylor不稳定性的发展过程.利用计算流体力学软件CFD²模拟常加速度场下二维多模Rayleigh-Taylor不稳定性的发展,研究了重流体组分剖面随Atwood数的变化.文章对比了Atwood数为0.1, 0.5, 0.9这3种情况下质量分数剖面.在利用气泡高度h_b和尖钉深度h_s对高度做归一化之后,质量分数剖面不依赖于密度比.在不同密度比下,质量分数曲线都满足■

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【部分图文】：

图1算例2中t=12s时密度场Fig．1Densityfieldofcase2att=12s

第4期阮玉藏，等:二维Ｒayleigh-Taylor不稳定性组分剖面与Atwood数相关性2结果与分析2．1组分剖面与气泡高度图1揭示了当A=0．5的情形下Ｒayleigh-Taylor不稳定性发展到12s时的密度场．可以看到此时混合已经进入了湍流混合阶段，轻流体向上发展形成了气....

图2二维Ｒayleigh-Taylor不稳定性不同Atwood数下气泡高度随Agt2的变化规律2

leigh-Taylor不稳定性的湍流混合过程具有自相似性．利用该性质可以将不同时刻下归一化之后的质量分数剖面进行叠加平均，即对质量分数剖面进行时间方向的平均．由于计算条件的限制，空间上样本容量往往是十分有限的．但是利用时间方向上的平均可以大大增加样本容量，使剖面具有更好的统计学....

图3不同Atwood数下质量分数剖面Fig．3MassfractionprofilesatdifferentAtwoodnumbers

刻下的质量分数剖面都具有了相同的性质，因而可以对不同时刻下的质量分数曲线进行叠加平均．然而在叠加的过程中，需要注意到不同时刻下的质量分数剖面归一化之后都具有不同的位置Y，无法简单地将其直接点对点进行叠加．3次样条插值可以很好地解决这个问题．对某一时刻下的质量分数曲线做3次样条插值....

本文编号：4015110