重/轻型界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性研究
发布时间：2021-11-25 08:01
当两种不同密度流体的分界面受到激波作用时,界面上的初始小扰动会随着时间不断增长,并最终形成成湍流混合,这种典型的界面失稳现象被称为Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性。RM不稳定性研究不仅在激波动力学、流动不稳定性及湍流形成机理方面具有重要的学术意义,而且在惯性约束核聚变、超燃冲压发动机、超新星爆发等工程研究中具有重大的应用背景。已有的研究多关注激波和轻/重单模界面相互作用,并在此基础上发展了描述扰动增长的多个线性和非线性模型。然而,关于重/轻单模界面扰动增长的研究（特别是实验研究）很少,相关模型的有效性和准确性有待实验结果的进一步验证。另外,不同于轻/重界面的演化,重/轻界面受激波冲击后,扰动振幅会逐渐减小到零（反相）进而再反向增加,这样的反相过程目前还没有被实验（受时空分辨率限制）清晰的捕捉到,其中涉及的物理机制尚不得知。基于此研究现状,本文采用实验和数值模拟相结合的方法对激波冲击重/轻型单模界面的RM不稳定性开展研究。本文第一部分是围绕平面激波与重/轻型单模界面相互作用开展研究。文中采用实验与数值相结合的方法着重分析了重/轻型界面和轻/重型界面演化的差异。研究发现:...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１水平激波管⑴??比，＆、ｉ？４分别为低高压段气体常数，７＼、：ｒ４分别为低高压段气体温度
?第２章实验与数值方法???的ａｉｒ从装置两侧表面的小孔排出。充气过程中，使用气体浓度仪实时检测左侧??ＳＦ６气体的浓度，当浓度达到实验要求时，停止充气，此时重／轻单模气体界面形??成。??２．１．３流场的观测??合适的流场观测手段是完成ＲＭ不稳定性实验研究的关键因素，本文通过??采用高速摄影机和纹影法结合的方式来对流场进行观测，记录了实验中界面的??演化过程以及波系结构的发展。图２．３给出了实验所用的纹影光路图。??从图中可以看出，整个实验光路呈“Ｚ”型分布，实验开始时，强光源发出??的光由于透镜的汇聚作用到达狭缝处，此时通过狭缝的光线被近似当作点光源，??随后在凹面镜以及激波管试验段下部的平面镜的作用下，强光源发出的光变成??一束平行光线垂直穿过试验段，在试验段上部的平面镜的作用下，垂直光线转变??为水平的平行光，随后平行光线由于另一侧的凹面镜的反射作用，通过刀口的??切光后抵达高速摄影前端的凸透镜处，此时高速摄影捕捉到经过凸透镜的光线。??实验所用强光源型号为ＣＥＬ－ＨＸＦ３００，北京中教金源科技有限公司，高速摄影机??型号为ＦＡＳＴＣＡＭＳＡ５，Ｐｈｏｔｒｏｎ?Ｃｏｍｐａｎｙ。本次实验中高速摄影机拍摄频率设??置为８７５００?ｆｐｓ，曝光时间设置为２恥。??＾〇ｃ４－，?厂?Ｐｌａｎｅ?ｍｉｒｒｏｒ??＾?Ｈｉｇｈ?ｓｐｅｅｄ?ｃａｍｅｒａ??Ｃｏｎｃａｖｅ?ｍｉ?１￣Ｃｏｎｖｅｘ?ｌｅｎｓ??ｆ?審：＾Ｆｓｉｉｔ??／—Ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ??Ｉ?Ｉ?ｒＣｏｎｖｃｘｌｅｎＳ＾??Ｐｒｅｓ—ｔｅ?ｔｒａｎｓｄｕｅｅｒ?１」｜?／?厂１??Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ?２
?第２章实验与数值方法???了数值模拟，并将其模拟的结果与Ｃｏｌｌｉｎｓ?＆?Ｊａｃｏｂｓ＾在实验室拍摄的ＰＬＩＦ图像??以及Ｌａｔｉｎｉ等人［３］利用ＷＥＮＯ程序算得的数值图像进行了对比，图２．４给出了??三者的界面演化过程。其中图２．４?（ａ）为Ｃｏｌｌｉｎｓ利用ＰＬＩＦ拍摄的界面演化纹影??图，图２．４?（ｂ）为Ｌａｔｉｎｉ的ＷＥＮＯ数值模拟结果，图２．４?（ｃ）则为丁的ＨＯＷＤ??数值模拟结果，通过对比发现，利用ＨＯＷＤ程序算得的数值模拟结果与Ｃｏｌｌｉｎｓ??的实验结果以及Ｌａｔｉｎｉ的数值结果均吻合的比较好。除此以外，董平等人也利用??该程序对“Ｖ”型界面的ＲＭ不稳定性进行了研宄，其文章中通过ＨＯＷＤ程序??得到的数值结果与其实验结果在界面演化方面保持了高度的一致性。??２．５?ｍｓｍｓ４?ｍｓ?５?ｍｓ?７?ｍ７．７８?ｍｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]HIGH-ORDER WENO SIMULATIONS OF THREE-DIMENSIONAL RESHOCKED RICHTMYER-MESHKOV INSTABILITY TO LATE TIMES:DYNAMICS,DEPENDENCE ON INITIAL CONDITIONS,AND COMPARISONS TO EXPERIMENTAL DATA[J]. Oleg Schilling,Marco Latini. Acta Mathematica Scientia. 2010(02)
博士论文
[1]汇聚Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验与数值研究[D]. 丁举春.中国科学技术大学 2016
本文编号：3517725
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１水平激波管⑴??比，＆、ｉ？４分别为低高压段气体常数，７＼、：ｒ４分别为低高压段气体温度
?第２章实验与数值方法???的ａｉｒ从装置两侧表面的小孔排出。充气过程中，使用气体浓度仪实时检测左侧??ＳＦ６气体的浓度，当浓度达到实验要求时，停止充气，此时重／轻单模气体界面形??成。??２．１．３流场的观测??合适的流场观测手段是完成ＲＭ不稳定性实验研究的关键因素，本文通过??采用高速摄影机和纹影法结合的方式来对流场进行观测，记录了实验中界面的??演化过程以及波系结构的发展。图２．３给出了实验所用的纹影光路图。??从图中可以看出，整个实验光路呈“Ｚ”型分布，实验开始时，强光源发出??的光由于透镜的汇聚作用到达狭缝处，此时通过狭缝的光线被近似当作点光源，??随后在凹面镜以及激波管试验段下部的平面镜的作用下，强光源发出的光变成??一束平行光线垂直穿过试验段，在试验段上部的平面镜的作用下，垂直光线转变??为水平的平行光，随后平行光线由于另一侧的凹面镜的反射作用，通过刀口的??切光后抵达高速摄影前端的凸透镜处，此时高速摄影捕捉到经过凸透镜的光线。??实验所用强光源型号为ＣＥＬ－ＨＸＦ３００，北京中教金源科技有限公司，高速摄影机??型号为ＦＡＳＴＣＡＭＳＡ５，Ｐｈｏｔｒｏｎ?Ｃｏｍｐａｎｙ。本次实验中高速摄影机拍摄频率设??置为８７５００?ｆｐｓ，曝光时间设置为２恥。??＾〇ｃ４－，?厂?Ｐｌａｎｅ?ｍｉｒｒｏｒ??＾?Ｈｉｇｈ?ｓｐｅｅｄ?ｃａｍｅｒａ??Ｃｏｎｃａｖｅ?ｍｉ?１￣Ｃｏｎｖｅｘ?ｌｅｎｓ??ｆ?審：＾Ｆｓｉｉｔ??／—Ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ??Ｉ?Ｉ?ｒＣｏｎｖｃｘｌｅｎＳ＾??Ｐｒｅｓ—ｔｅ?ｔｒａｎｓｄｕｅｅｒ?１」｜?／?厂１??Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ?２
?第２章实验与数值方法???了数值模拟，并将其模拟的结果与Ｃｏｌｌｉｎｓ?＆?Ｊａｃｏｂｓ＾在实验室拍摄的ＰＬＩＦ图像??以及Ｌａｔｉｎｉ等人［３］利用ＷＥＮＯ程序算得的数值图像进行了对比，图２．４给出了??三者的界面演化过程。其中图２．４?（ａ）为Ｃｏｌｌｉｎｓ利用ＰＬＩＦ拍摄的界面演化纹影??图，图２．４?（ｂ）为Ｌａｔｉｎｉ的ＷＥＮＯ数值模拟结果，图２．４?（ｃ）则为丁的ＨＯＷＤ??数值模拟结果，通过对比发现，利用ＨＯＷＤ程序算得的数值模拟结果与Ｃｏｌｌｉｎｓ??的实验结果以及Ｌａｔｉｎｉ的数值结果均吻合的比较好。除此以外，董平等人也利用??该程序对“Ｖ”型界面的ＲＭ不稳定性进行了研宄，其文章中通过ＨＯＷＤ程序??得到的数值结果与其实验结果在界面演化方面保持了高度的一致性。??２．５?ｍｓｍｓ４?ｍｓ?５?ｍｓ?７?ｍ７．７８?ｍｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]HIGH-ORDER WENO SIMULATIONS OF THREE-DIMENSIONAL RESHOCKED RICHTMYER-MESHKOV INSTABILITY TO LATE TIMES:DYNAMICS,DEPENDENCE ON INITIAL CONDITIONS,AND COMPARISONS TO EXPERIMENTAL DATA[J]. Oleg Schilling,Marco Latini. Acta Mathematica Scientia. 2010(02)
博士论文
[1]汇聚Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验与数值研究[D]. 丁举春.中国科学技术大学 2016
本文编号：3517725
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