本文選題：RM不穩(wěn)定性　切入點(diǎn)：匯聚激波　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：當(dāng)不同密度流體的分界面受到激波的沖擊加速后,界面上的初始擾動會隨時間增長,在擾動發(fā)展的后期界面上生成許多小尺度渦,最終形成湍流混合,這種界面不穩(wěn)定性被稱作Richtmyer-Meshkov(RM)不穩(wěn)定性。由于RM不穩(wěn)定性在自然界和工程應(yīng)用中廣泛存在,國內(nèi)外許多學(xué)者對其進(jìn)行了大量的研究。目前為止,絕大多數(shù)的研究只關(guān)注平面RM不穩(wěn)定性,關(guān)于匯聚RM不穩(wěn)定性的研究開展得很少。然而,在武器內(nèi)爆、慣性約束核聚變等重大工程應(yīng)用中的界面不穩(wěn)定性通常都是由匯聚激波沖擊導(dǎo)致的。因此,本文新設(shè)計了一套半環(huán)形匯聚激波管,并利用該激波管實驗研究匯聚激波與單模界面的相互作用。其次,本文開發(fā)了適用于多組分流動的高精度數(shù)值模擬程序HOWD(high order WENO and double-flux methods),并利用HOWD對匯聚RM不穩(wěn)定性進(jìn)行了初步的數(shù)值研究。最后,鑒于三維性對氣柱演化的重要影響,本文利用HOWD數(shù)值研究了平面激波與三種(二維、三維凹、三維凸)氣柱的相互作用,并分析了三維性對氣柱演化的影響。在實驗方面,本文設(shè)計、加工了一套半環(huán)形匯聚激波管,并基于激波管實驗段的半柱形結(jié)構(gòu),設(shè)計了一套“抽屜”形界面生成裝置,解決了匯聚激波管實驗段里不易生成界面的難題,使得在該激波管設(shè)備里開展匯聚RM不穩(wěn)定性的實驗研究成為可能。激波管半環(huán)形段的壓力測量結(jié)果以及匯聚激波傳播的高速紋影圖,驗證了半環(huán)形匯聚激波管的可行性和可靠性。在半環(huán)形匯聚激波管里實現(xiàn)了匯聚RM不穩(wěn)定性實驗,首次獲得了匯聚激波沖擊下air/SF6單模界面的演化過程,并分析了匯聚RM不穩(wěn)定性中三個特有的物理機(jī)制(Bell-Plesset(BP)效應(yīng)、Rayleigh-Taylor(RT)效應(yīng)、二次作用)對擾動發(fā)展的影響。隨后,實驗研究了不同初始條件(不同振幅、波數(shù)、激波強(qiáng)度)下界面的演化發(fā)展,分析初始條件對界面演化的影響。在數(shù)值模擬方面,本文開發(fā)了一套適用于多組分流動的高精度數(shù)值模擬程序HOWD,該程序?qū)崿F(xiàn)了高階WENO重構(gòu)與雙通量算法的耦合,不僅能準(zhǔn)確模擬激波、物質(zhì)界面等間斷解,而且能夠捕捉流場中的小渦結(jié)構(gòu),程序的可靠性得到了經(jīng)典算例的驗證。利用HOWD程序數(shù)值模擬匯聚RM不穩(wěn)定性流動,發(fā)現(xiàn)在演化的后期,數(shù)值結(jié)果和實驗結(jié)果有較大的差異,并分析了差異的原因。利用HOWD程序數(shù)值研究了平面激波與三維氣柱的相互作用,計算結(jié)果和實驗結(jié)果在定性和定量上均取得了較好的一致性,進(jìn)一步驗證了HOWD程序的可靠性。從數(shù)值結(jié)果中發(fā)現(xiàn)：在三維凹?xì)庵难莼^程中,邊界面上氣柱的演化受到促進(jìn),對稱面上氣柱的演化受到抑制;而在三維凸氣柱的演化過程中,邊界面上氣柱的演化受到抑制,對稱面上氣柱的演化受到促進(jìn)�？傊�,本文設(shè)計了一套半環(huán)形匯聚激波管,并在該激波管中實驗研究了匯聚激波與air/SF6單模界面的相互作用,發(fā)現(xiàn)匯聚RM不穩(wěn)定性中三個特有的物理機(jī)制：BP效應(yīng)、RT效應(yīng)、二次作用,分析了三種機(jī)制對界面演化的影響。其次,系統(tǒng)研究了不用初始條件(不同擾動振幅、波數(shù)、激波強(qiáng)度)下單模界面的演化發(fā)展,分析了初始條件對界面演化的影響。最后,利用新開發(fā)的HOWD程序數(shù)值研究平面激波與三維氣柱的相互作用,發(fā)現(xiàn)三維性對氣柱演化有重要影響。
[Abstract]:When the interface between fluids of different density by the impact of shock acceleration, will increase with time of initial disturbances on the interface, in the late development of the interfacial turbulence generates many small eddies, and ultimately the formation of turbulent mixing, the instability of the interface is called Richtmyer-Meshkov (RM) instability. Due to the instability of RM exist widely in nature and Engineering in the application, many domestic and foreign scholars have done a lot of research on it. So far, most of the studies focus only on the plane RM instability, on the convergence of the RM instability developed little. However, in the arms of implosion in inertial confinement fusion and other major projects in the application of the interface instability is usually the impact caused by the converging shock wave. Therefore, this paper has designed a new set of semi annular converging shock tube, interaction and using the shock tube experimental study of converging shock wave and single mode interface 鐢，

本文編號：1627588