激波冲击下多模、多层和多相界面的演化研究
发布时间：2021-01-06 06:59
在瞬时冲击力（激波）的作用下,分割不同密度流体的物质界面上的初始扰动会随时间不断增大,并最终形成湍流混合的失稳过程被称为Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性。RM不稳定性在惯性约束核聚变（ICF）、超新星爆发以及超燃冲压发动机等实际问题中都有着广泛的应用价值,也对于研究气体动力学、涡动力学和湍流形成机理等方面有着重要的科学意义。美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、法国原子能委员会实验室以及中国工程物理研究院等机构均对其展开了大量的研究。在以往对RM不稳定性的科学研究中,由于余弦波作为最简单的波的形式,因此单模界面的RM不稳定性的发展而得到了最为广泛的研究。然而,无论是在ICF还是超新星爆发等实际问题中,物质界面上的初始扰动总是随机的,也就是多模界面。但激波冲击下多模界面的扰动增长对初始频谱的依赖性仍是一个待解决的难题。实际上,ICF的靶丸是由内侧的氘氚燃料和外侧的烧蚀材料层等多层不同物质所共同组成的,但激波冲击下多道界面之间的耦合机制以及多道界面之间来回反射的波系对界面演化的影响则很少被研究。另外,ICF的靶丸由多种物相共同构成,囊括了固态、液态、气态...
【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】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１间接驱动和直接驱动惯性约束核聚变（ＩＣＦ）示意图
?第一章绪论???＾－：－：－二－：－二－：－＾二－＾－：－＾－二、－二．一－??－：－二－二－二－：－二－：－：－：－二－：－：－：－．士．ｒ＾－二二??：：二：：：：：：二：：：：二二士二－￣—??．？?－?－ｉ．?＾．―￣￣??：：：：：：：：二二??垂蓬涯：５??露譯霍??ＨＥＡＶＹ?ＦＬＵＩＤ?ＬＩＧＨＴ?ＦＬＵＩＤ??Ｒｅｏ，〇Ｎ＾＾＾Ｐ§｜ｉ??ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＤ?ＲＥＦＬＥＣＴＥＤ??ＳＨＯＣＫ?ＳＨＯＣＫ??图１．２激波冲击轻／重界面的示意图。激波由右侧传向左侧。图片来源于ＲｉｃｈｔｍｙｅｒＭ。??界面的初始形状与单模的细微偏差也会影响界面的线性增长率，这部分会在??第２．１章介绍。??实际上，当Ａｔｗｏｏｄ数为负数时，也就是界面是重／轻界面时，界面上的扰??动会先经历一个反相过程之后再逐渐增长［１５］。但采用冲击模型对重／轻界面的??振幅发展预测时人们遇到了困难。之后，一系列针对冲击模型的修正理论被提??出。其中，Ｍｅｙｅｒ和Ｂｌｅｗｅｔｔ［２Ｇ］采用与Ｍｅｓｈｋｏｖ［８］的实验中相同的初始条件，结??合数值模拟研究了激波冲击轻／重界面和重／轻型界面的扰动增长。结果表明，在??轻／重界面的条件下，数值模拟与冲击模型吻合良好；但是在重／轻条件下，采用??波前和波后的振幅的平均值，即（匈＋〇／２，来替换公式１．３中的ａ＋，可以得??到和数值结果相吻合的理论模型，也就是ＭＢ模型，此时振幅增长率（吻）可??写为：??ｖ〇?＝?ＡｖｋＡ＋（ａ〇?＋?ａ＋）／２．?（１．４）??之后，Ｆｒａｌｅｙｔ２１：！提出了在轻／重界面情况下的可压缩线性扰动方程［２］的解析??解。与Ｒ
?第二章激波冲击多模界面的演化研宄???，參麵－??＾?Ｌｉ?ｈ?Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ??Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ?ｆｒａｍｅ?Ｂｌａｄｅ?ｖｉｄｅｏ?ｃａｍｅｒａ??图２．１?（ａ）单模界面（上）、三角形界面（中）和刷膜方法（下）示意图；（ｂ）纹影系统和??激波管测试段示意图。??验采用边缘蘸了肥皂液的矩形框架沿着约束条或者亚克力板的边缘轻轻刷过，??生成由约束条或亚克力板边缘约束的肥皂膜界面，如图２．１（ａ）下图所示。随后，??本实验将没有形成肥皂膜的另一块透明的亚克力板盒子与形成肥皂膜的透明亚??克力板盒子对接，并将它们一起插入到激波管的测试段中。为了形成ａｉｒ／ＳＦｄ＇Ｂ］??断界面，界面右侧的ａｉｒ必须被ＳＦ６所替换。于是，将高纯度较重的ＳＦ６通过测??试段尾端的靠上沿的“入流”洞中注入测试段，而较轻的ａｉｒ则会被注入的ＳＦ６??从靠下沿的“出流”洞中排出，如图２．１（ｂ）所示。将０２浓度检测仪放置于“出??流”洞处来监测界面右侧０２的体积分数。当０２的体积分数低于０．５％时，停止??注入５？６并且将激波管的测试段与低压段合拢。然后，为了减少界面两侧的气??体扩散，需在３０秒内完成实验。虽然如此，本实验还是不能完全避免界面两侧??气体的扩散和污染。具体的物理参数将在各个工作中列表给出。本实验在中国??科学技术大学近代力学系的水平激波管上完成，激波管由１．７ｍ的高压段，３．９??ｍ的低压段和１．０?ｍ的测试段组成。本实验采用“Ｚ”字形纹影光路捕捉流场中??的密度梯度，采用连续光源（ＣＥＬ－ＨＸＦ３００，最大输出功率２４９Ｗ）结合高速摄??影机（ＦＡＳＴＣＡＭＳＡ５，?ＰｈｏｔｒｏｎＬｉｍｉｔｅｄ）来获
【参考文献】：
期刊论文
[1]Numerical study on Rayleigh-Taylor effect on cylindrically converging Richtmyer-Meshkov instability[J]. ZhiGang Zhai,Fu Zhang,ZhangBo Zhou,JuChun Ding,Chih-Yung Wen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(12)
本文编号：2960136
【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】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１间接驱动和直接驱动惯性约束核聚变（ＩＣＦ）示意图
?第一章绪论???＾－：－：－二－：－二－：－＾二－＾－：－＾－二、－二．一－??－：－二－二－二－：－二－：－：－：－二－：－：－：－．士．ｒ＾－二二??：：二：：：：：：二：：：：二二士二－￣—??．？?－?－ｉ．?＾．―￣￣??：：：：：：：：二二??垂蓬涯：５??露譯霍??ＨＥＡＶＹ?ＦＬＵＩＤ?ＬＩＧＨＴ?ＦＬＵＩＤ??Ｒｅｏ，〇Ｎ＾＾＾Ｐ§｜ｉ??ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＤ?ＲＥＦＬＥＣＴＥＤ??ＳＨＯＣＫ?ＳＨＯＣＫ??图１．２激波冲击轻／重界面的示意图。激波由右侧传向左侧。图片来源于ＲｉｃｈｔｍｙｅｒＭ。??界面的初始形状与单模的细微偏差也会影响界面的线性增长率，这部分会在??第２．１章介绍。??实际上，当Ａｔｗｏｏｄ数为负数时，也就是界面是重／轻界面时，界面上的扰??动会先经历一个反相过程之后再逐渐增长［１５］。但采用冲击模型对重／轻界面的??振幅发展预测时人们遇到了困难。之后，一系列针对冲击模型的修正理论被提??出。其中，Ｍｅｙｅｒ和Ｂｌｅｗｅｔｔ［２Ｇ］采用与Ｍｅｓｈｋｏｖ［８］的实验中相同的初始条件，结??合数值模拟研究了激波冲击轻／重界面和重／轻型界面的扰动增长。结果表明，在??轻／重界面的条件下，数值模拟与冲击模型吻合良好；但是在重／轻条件下，采用??波前和波后的振幅的平均值，即（匈＋〇／２，来替换公式１．３中的ａ＋，可以得??到和数值结果相吻合的理论模型，也就是ＭＢ模型，此时振幅增长率（吻）可??写为：??ｖ〇?＝?ＡｖｋＡ＋（ａ〇?＋?ａ＋）／２．?（１．４）??之后，Ｆｒａｌｅｙｔ２１：！提出了在轻／重界面情况下的可压缩线性扰动方程［２］的解析??解。与Ｒ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Numerical study on Rayleigh-Taylor effect on cylindrically converging Richtmyer-Meshkov instability[J]. ZhiGang Zhai,Fu Zhang,ZhangBo Zhou,JuChun Ding,Chih-Yung Wen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(12)
本文编号：2960136
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