通過(guò)平面激波繞剛體圓柱的方法形成擾動(dòng)激波,采用無(wú)膜技術(shù)形成N₂/SF₆均勻界面,在豎式激波管中開(kāi)展了擾動(dòng)激波沖擊界面Richtmyer-Meshkov（RM）不穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)3種不同的無(wú)量綱距離η（圓柱到界面距離與圓柱直徑之比）情形,利用高速紋影技術(shù)及平面Mie散射技術(shù),獲得了反射激波二次沖擊作用下的界面演化圖像。前期工作（鄒立勇等,2017）顯示,入射激波沖擊后,界面發(fā)展為包括中心氣腔和兩側(cè)臺(tái)階的"Λ"形結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明:反射激波二次沖擊后,"Λ"形界面首先經(jīng)歷相位反轉(zhuǎn),然后擾動(dòng)逐漸發(fā)展增強(qiáng)。在η=2.0情形,界面演化為氣泡,而當(dāng)η=3.3和4.0時(shí),在整體的氣泡結(jié)構(gòu)之外,界面中心發(fā)展為尖釘結(jié)構(gòu)。獲得了反射激波作用后的混合區(qū)寬度,并與理論模型結(jié)果進(jìn)行了比較。在界面演化線性階段,Meyer-Blewett（MB）線性模型結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。在界面演化非線性階段,Dimonte-Ramaprabhu （DR）模型結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。特別地,當(dāng)η=4.0時(shí),理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果差別最小。 

【文章來(lái)源】：實(shí)驗(yàn)流體力學(xué). 2020,34(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

豎式激波管示意圖

圖2給出了實(shí)驗(yàn)采用的2種測(cè)試方法。圖2(a）為高速紋影系統(tǒng)示意圖，由氙燈光源（功率500 W）、狹縫、凹面鏡（直徑300mm，焦距3m）、刀口和高速攝像機(jī)（Photron FASTCAM，幅頻取為6300幀/s）等組成。圖2(b）為平面Mie散射系統(tǒng)示意圖，重氣體SF6從高壓氣瓶充入測(cè)試段上方的氣箱中，通過(guò)轉(zhuǎn)式測(cè)速儀和小型截止閥來(lái)控制流速。當(dāng)氣箱中SF6體積達(dá)到98%以上（通過(guò)SF6氣體分析儀FT-103P監(jiān)測(cè)）時(shí)，為便于觀測(cè)，將煙霧發(fā)生器產(chǎn)生的白色乙二醇煙霧充入SF6氣箱中。為了讓SF6和乙二醇煙霧良好混合，煙霧噴嘴設(shè)計(jì)在氣體箱的底部側(cè)壁位置。需要說(shuō)明的是，乙二醇煙霧與重氣體體積比大約為1∶105，這意味著添加乙二醇煙霧對(duì)重氣體的密度影響很�。ǖ陀�0.1%）。實(shí)驗(yàn)中乙二醇煙霧顆粒直徑約為0.5μm，其對(duì)SF6氣體的良好跟隨性已在Zou等[27]及Rightley等[28]的類(lèi)似實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證）。實(shí)驗(yàn)時(shí)激光器發(fā)出的柱形激光（頻率10kHz，波長(zhǎng)532nm，脈寬10ns）通過(guò)一組透鏡和反射鏡后，轉(zhuǎn)化為厚度約1mm的片光源，透過(guò)實(shí)驗(yàn)段底部玻璃窗照射流場(chǎng)，采用高速攝像機(jī)（Photron FASTCAM，幅頻取為10 000幀/s）對(duì)界面演化過(guò)程進(jìn)行拍攝，進(jìn)而獲得流場(chǎng)中界面演化結(jié)構(gòu)圖像。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖3給出了η=4.0情形下入射激波和反射激波沖擊N2/SF6界面演化紋影像，關(guān)于入射階段的界面演化規(guī)律，我們前期已有分析[22]，所以這里主要討論反射階段。令t=0 ms為反射激波剛好到達(dá)界面的時(shí)刻，由圖可知，入射擾動(dòng)激波由于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不斷整形和致穩(wěn)趨勢(shì)，t=-0.12 ms時(shí)刻從激波管下端壁向上運(yùn)動(dòng)的反射激波的振幅已衰減至幾乎為零，因而可以近似當(dāng)作平面激波來(lái)處理。反射激波到達(dá)之前，界面演化為“Λ”形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)呈向下凹陷，中心有1個(gè)N2氣腔。因此，反射激波作用后的界面演化過(guò)程可近似處理為平面激波誘導(dǎo)的經(jīng)典RM不穩(wěn)定性問(wèn)題。反射激波從重流體SF6進(jìn)入輕流體N2后，界面發(fā)生了相位反轉(zhuǎn)，隨后整體的“Λ”形界面演化成氣泡，中間的氣腔處形成尖釘。隨著時(shí)間的推移，尖釘和氣泡逐漸增長(zhǎng)。t=1.47 ms時(shí)，界面下方可以看到一道來(lái)自下端壁的反射稀疏波，這道稀疏波將對(duì)界面演化產(chǎn)生影響。本文只考慮反射激波作用下的界面不穩(wěn)定性問(wèn)題，因此只對(duì)反射稀疏波到達(dá)界面前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。由于紋影觀測(cè)技術(shù)沿光路方向有積分效應(yīng)，為了獲得更精細(xì)的實(shí)驗(yàn)圖像，進(jìn)一步采用平面Mie散射技術(shù)得到反射激波二次沖擊N2/SF6界面演化圖像（見(jiàn)圖4）�？梢钥吹�，η=4.0情形下，反射激波作用之前，界面總體呈現(xiàn)為“Λ”形，中間上部為開(kāi)口的N2氣腔（實(shí)線圓圈區(qū)域），兩側(cè)各有一個(gè)界面臺(tái)階（虛線圓圈區(qū)域），這與圖3觀察到的結(jié)果是一致的。隨著η的減小，氣腔位置越來(lái)越深，面積逐漸減小，上部逐漸閉合。當(dāng)η=2.0時(shí)，氣腔幾乎完全消失。反射激波沖擊界面后，從圖4中可以觀察到與圖3類(lèi)似的相位反轉(zhuǎn)以及隨后的氣泡和尖釘發(fā)展過(guò)程。當(dāng)η=2.0時(shí)，界面演化總體上呈現(xiàn)為一個(gè)氣泡結(jié)構(gòu)，而當(dāng)η=3.3和4.0時(shí)，在氣泡之外，還出現(xiàn)了界面中心位置的尖釘結(jié)構(gòu)；當(dāng)η=3.3時(shí)，界面中心的尖釘結(jié)構(gòu)相當(dāng)明顯，距離氣泡結(jié)構(gòu)很近，位于氣泡上沿的下方；當(dāng)η=4.0時(shí)，界面中心的尖釘則較為纖細(xì)，距離氣泡結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)，位于氣泡上沿的上方。這是由不同η情形下反射激波沖擊前的界面形狀及位置差異造成的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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