Rayleigh-Taylor不稳定性复杂流动与混合的颗粒示踪数值模拟研究

发布时间：2021-03-06 09:52

　　Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）是一种广泛存在于自然界和工程领域中的重要流动现象,影响着包括海岸盐水入侵,化工物料混合,惯性约束核聚变等各种活动。可压缩单流体模型作为一种简化便捷的研究框架,在RTI研究中取得了广泛的应用。但是,其在识别复杂流动细节和组分掺混方面有所不足,所以难以被应用于RTI物质混合研究。因此,有必要在该模型基础上引入新的手段作为补充。针对以上问题,在使用单流体离散Boltzmann方法对可压缩RTI流体系统进行动理学建模的基础上,引入单向耦合点颗粒作为示踪粒子,为复杂流动和混合过程的研究提供了一个新的途径。示踪粒子提供了精细化的流场演化图像以及高分辨的流体界面,表征了流场中的小结构以及分离的界面情况,更重要的是,在单流体框架下实现了识别流场中来自于轻或重流体的部分。通过追踪流场中的示踪粒子,获得了拉格朗日视角的RTI流场演化特征,并观察了界面速度、非平衡量等特征,从一个全新的视角研究了 RTI发展的状态与过程。此外,通过示踪粒子定义的混合度,定量地对Kelvin-Helmholtz不稳定性出现的位置、时间、以及强度进行了捕捉。最后,分别研究了关于可压... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．５不同压力梯度下的Ｐｏｉｓｅｕｌｌｅ流剪切应力分布??

Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性复杂流动与混合的???颗粒示踪数值模拟研究???６．０ｘ１０?ｉ?■?｜?？?ｉ?Ｉ?｜?？?｜?１?｜???Ａｎａｌｙｓｉｓ??４．０ｘ１?Ｏ＇４?－?ａ?ｖｐ＝１ｅ－３?－??？?□?ＶｙＯ?＝５６＿４?■??ｗ?２．０ｘ１０＇４?－?〇?▽ｐ?＝?１ｅ－４?￣??２?０?０?－?〇〇〇?Ｏ?ＯＱ－００００?〇補－??＾?－２．０ｘ１?Ｏ＇４?－?ｇａａ０００００＾＾?－??－４．０ｘ１?Ｏ＇４?－?ＪＴ?－??－６．０ｘ１０?４??１?１——１——１——１——＇——１——＇——１——＇——１——??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??ｙ／Ｌ??图２．５不同压力梯度下的Ｐｏｉｓｅｕｌｌｅ流剪切应力分布???／??ｌ?－?????Ｈ??ｙ?ｙ?．．?／??丰?／???？ｘ?Ｔ２??图２．６热Ｃｏｕｅｔｔｅ流示意图??算并得到准确的结果，因此证明了?ＤＢＭ程序的可靠性。??⑵瞬态热Ｃｏｕｅｔｔｅ流??在两块无限大平板之间存在高度为好静止的流场，以速度拖动上板，下??板静止，引起板间流体速度的变化。同时，上下板分别具有温度乃和ｒ２，流??场内的温度分布将受到对流和传导两种作用而产生一定的分布。该问题为流体??力学经典的Ｃｏｕｅｔｔｅ流，能够通过理论分析获得解析解。这里我们考虑瞬态的??Ｃｏｕｅｔｔｅ流动，在上板突然以速度ｕＧ启动时，整个流场需要一定时间才能够达??到稳定状态，对于该启动过程，控制方程可以简化为：??ｄｕ?ｄ２ｕ?，?．??Ｈ?（２．５６）??２０??

?－??〇?Ｔｉｍｅ＝８．０??〇?Ｔｉｍｅ＝１８．０?Ｔ??６．０ｘ１?Ｏ＇４?－??Ａｎａｌｙｓｉｓ?－??｜?＇??２?４．０ｘ１?〇＇４?－?－??芝?－?．??ＣＯ?八八八?ａ?．ａ?ｙｖ?－八－ｙｖ?／＼?ｙ＼?／＊＼?／＼??２＿、－??０．０?－?ｂｂｂｂｂｂｂｂｂｂｂｂＱ＾３＾＾?＿???Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??ｙ／Ｈ??图２．８瞬时Ｃｏｕｅｔｔｅ流剪切应力分布??４．５?ｒ－，￣，￣，￣，￣．￣，￣．￣，￣．￣，￣．￣，￣??■?□?Ｓｉｍ：?Ｕ＝０．０?？??４?０?＇?Ｏ?Ｓｉｍ：?Ｕ＝０．１?＇??３５?：?〇?Ｓｉｍ：Ｕ＝０．２?」??．■?〇?Ｓｉｍ：Ｕ＝０．３?＾?■??３．０?－??Ａｎａｌｙｓｉｓ?－??？２．５、?／?＼?：??ｉ２?〇：?ｔ?■??＂：：：??＿〇?５?ｉ?｜?ｉ?ｉ?？?｜?■?ｉ?ｉ?｜?ｉ?ｉ???０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??ｙ／Ｈ??图２．９不同流速下Ｃｏｕｅｔｔｅ流温度分布??２２??

【参考文献】：
期刊论文
[1]可压流体Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann模拟[J]. 李德梅,赖惠林,许爱国,张广财,林传栋,甘延标.  物理学报. 2018(08)
[2]相分离过程的离散Boltzmann方法研究进展[J]. 许爱国,张广财,甘延标.  力学与实践. 2016(04)
[3]燃烧系统的离散Boltzmann建模与模拟研究进展[J]. 许爱国,张广财,应阳君.  物理学报. 2015(18)



本文编号：3066884