發(fā)布時間：2020-09-30 11:31

　　 Richtmyer-Meshkov(RM)不穩(wěn)定性及其誘導(dǎo)的湍流混合現(xiàn)象由于其廣泛的應(yīng)用,在學(xué)術(shù)界占據(jù)著重要的地位。但是,以往的研究多數(shù)聚焦于初始條件對強(qiáng)度均勻分布的平面激波加載擾動界面引起的RM不穩(wěn)定性(以下稱為“經(jīng)典RM不穩(wěn)定性”)的影響。本文構(gòu)造了波陣面呈現(xiàn)正弦函數(shù)分布的非平面激波及強(qiáng)度非均勻分布的激波,通過數(shù)值模擬手段分析了不同的入射激波、擾動界面及流場等初始條件下,這兩種激波誘導(dǎo)的RM不穩(wěn)定性的演化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,考慮凝聚介質(zhì)的強(qiáng)度屬性,初步探究了其自由面上的初始宏觀缺陷在沖擊加載條件下的失穩(wěn)現(xiàn)象。為了便于敘述,本文中將非平面激波、強(qiáng)度非均勻激波引起的界面不穩(wěn)定性及凝聚介質(zhì)界面失穩(wěn)統(tǒng)稱為“非經(jīng)典RM不穩(wěn)定性”。針對非平面激波引起的RM不穩(wěn)定性,分析了考慮反射激波的條件下,非平面激波初始相位、非平面激波及物質(zhì)界面初始振幅、密度呈現(xiàn)高斯函數(shù)分布的非均勻流場對其演化的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明,非平面激波初始沖擊物質(zhì)界面后,界面區(qū)域出現(xiàn)了渦對。由于渦對的影響,非平面激波誘導(dǎo)的RM不穩(wěn)定性顯著不同于經(jīng)典RM不穩(wěn)定性,且主要體現(xiàn)在反射激波加載前的階段。非平面激波初始相位為0時,渦對對界面擾動的發(fā)展起促進(jìn)作用;隨著非平面激波相位的增大,渦對的抑制效應(yīng)逐步凸顯,因而界面擾動振幅呈現(xiàn)減小的趨勢。在0與π兩種極限相位條件下,非平面激波初始振幅增大,界面附近局部總環(huán)量分別增大與減小,因而界面擾動振幅呈現(xiàn)相應(yīng)的變化規(guī)律;物質(zhì)界面初始擾動振幅增大,界面處沉積的渦量和環(huán)量增加,從而界面擾動振幅變大;流場非均勻系數(shù)越小,流場中速度脈動及負(fù)環(huán)量數(shù)值越大,界面擾動振幅越大。反射激波加載后,非平面激波初始相位與振幅、流場非均勻性的影響逐步弱化;但是,物質(zhì)界面初始振幅依然對界面擾動的發(fā)展有一定的影響。針對強(qiáng)度非均勻激波誘導(dǎo)的RM不穩(wěn)定性,分析了考慮反射激波的條件下,非均勻激波強(qiáng)度分布函數(shù)、物質(zhì)界面初始振幅與波長及激波-界面初始距離對界面演化的影響。結(jié)果表明,強(qiáng)度非均勻激波初始加載后至反射激波加載前階段,界面擾動振幅的增長規(guī)律與經(jīng)典RM不穩(wěn)定性差異明顯;物質(zhì)界面初始擾動振幅越大或初始波長越小,擾動增長越快;非均勻激波強(qiáng)度分布函數(shù)對界面演化的影響不明顯。反射激波沖擊物質(zhì)界面后,非均勻激波強(qiáng)度分布函數(shù)的影響逐漸顯著,而物質(zhì)界面初始擾動振幅與波長的影響則逐漸減弱。在整個計(jì)算時間內(nèi),激波-界面初始距離對界面演化的影響均不明顯。針對凝聚介質(zhì)自由面宏觀缺陷在沖擊加載條件下的失穩(wěn)現(xiàn)象,初步分析了初始缺陷形狀及本構(gòu)模型的影響。結(jié)果表明,凝聚介質(zhì)自由面失穩(wěn)現(xiàn)象仍然可以通過斜壓機(jī)制進(jìn)行解釋。初始缺陷形狀不同時,凝聚介質(zhì)自由面失穩(wěn)、破碎及噴射過程存在差異。此外,由于凝聚介質(zhì)具有強(qiáng)度屬性,其比氣體物質(zhì)界面失穩(wěn)過程更為復(fù)雜,會受到材料本構(gòu)模型的影響。
【學(xué)位單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O354.5
【部分圖文】：

是界面處密度梯度與壓力梯度不共線導(dǎo)致的斜壓渦量沉積。對于二維或三維逡逑ＲＭ不穩(wěn)定性，拉伸效應(yīng)、膨脹效應(yīng)引起的渦量變化及粘性渦量耗散與斜壓渦量相比可逡逑以忽略不計(jì)，因此，斜壓渦量沉積是ＲＭ不穩(wěn)定性產(chǎn)生的關(guān)鍵機(jī)制，如圖１．１所示。逡逑ｇｒａｄ邋ｐ邐！逡逑Ｉｎｃｉｄｅｎｔ邋Ｉ邐ｔ邐ｔ逡逑ｓｈｏｃｋ邋ｗａｖｅ邐Ｊ＾＂｜逡逑，ｒｆ邋ｐ，邐ｒ邐丫逡逑Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｙ逡逑ｇｒａｄｐ邐「邐＾＾Ｎ逡逑Ｐ２＞Ｐｌ邐ｐ—＾邋ｙ逡逑（0）邐｛ｂ）邐（ｃ）逡逑圖１．１斜壓渦量機(jī)制［４］逡逑ＲＭ不穩(wěn)定性演化過程大體上可分為四個階段：逡逑１逡逑

逑＿初始擾動階段：入射激波加載物質(zhì)界面后的反射、透射等物理過程，斜壓渦逡逑量沉積在界面，如圖１．２（ａ）所示。逡逑－線性增長階段：物質(zhì)界面波峰及波谷對稱增長，激波波系對界面影響作用逐逡逑漸減弱，如圖１．２（ｂ）所示。逡逑－非線性增長階段：界面形成典型的“氣泡”（輕流體伸向重流體）及“尖釘”逡逑（重流體伸向輕流體）結(jié)構(gòu)，且由于ＫＨ不穩(wěn)定性影響，“尖釘”結(jié)構(gòu)頂部逡逑出現(xiàn)“卷起”狀，如圖１．２（ｃ）、（ｄ）所示。逡逑－湍流混合階段：兩種物質(zhì)在界面處擴(kuò)散嚴(yán)重，出現(xiàn)多尺度渦結(jié)構(gòu)，如圖１．２（ｅ）逡逑所示。逡逑Ｌｉｇｈｔ邐Ｓｐｉｋｅ邋－－邐－％邋ｊＴ＊逡逑＾邋＼ｙ邋＾邋ｐ邋％逡逑Ｈｅａｖｙ邐Ｂｕｂｂｌｅ邐＾＿Ｊ邐＼邐｝逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）邐（ｄ）邐（ｅ）逡逑圖１．２ＲＭ不穩(wěn)定性演化過程［４］逡逑１．２發(fā)展現(xiàn)狀逡逑自ＲＭ不穩(wěn)定性［５］首次提出以來，世界各國的學(xué)者們在理論分析、實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值逡逑模擬方面取得了許多研究成果，以下將分別從上述三個方面進(jìn)行簡要回顧。逡逑１．２．１理論分析逡逑學(xué)者們主要針對ＲＭ不穩(wěn)定性的線性及非線性階段開展了理論分析

從而ＲＭ不穩(wěn)定性演化規(guī)律不同。同年，柏勁松等［７Ｑ］運(yùn)用ＭＶＦＴ（Ｍｕｌｔｉ邋Ｖｉｓｃｏｕｓ邋Ｆｌｏｗ逡逑ａｎｄ邋Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）程序復(fù)現(xiàn)了鄒立勇等［５８］的實(shí)驗(yàn)，并就混合區(qū)波形、寬度、高度與實(shí)驗(yàn)結(jié)逡逑果進(jìn)行了對比分析，結(jié)果吻合良好，見圖１．３。此外，還分析了平面激波從不同方向加逡逑載橢圓形ＳＦ６氣柱界面時混合區(qū)渦核中心渦的強(qiáng)度及環(huán)量，結(jié)果表明兩種情況差別較逡逑大。逡逑Ｏｐｓ邋２００ｕｓ邋３００ｉｉｓ邋４００ｐｓ邋５００ｉｉｓ邋６０（＾１５逡逑ｉｓ圜渮■■W逡逑履曑＿ｂｉ曑逡逑Ｏｐｓ邋２００ｕｓ邋３００ｊｉｓ邋４００｜？邋５００ｉｉｓ邋６００ｊｉｓ逡逑■WW■■■逡逑Ｏｉｌｓ邋２００ｆｉｓ邋３００ｕｓ邐４００１１５邋５００ｆｉｓ邋＾ＯＣ＾ｉｓ逡逑Ｄ＿■畫逡逑ＵＢＭＭＭＭ逡逑圖１．３平面激波加載ＳＦ６氣柱界面密度云圖ｔ７ｅ］邋（（ａ）、（ｃ）、（ｅ）實(shí)驗(yàn)結(jié)果，（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）數(shù)值模擬結(jié)果）逡逑此后，鄒立勇等［７１］又開展了弱平面激波加載雙橢圓ＳＦ６氣柱界面不穩(wěn)定性的干擾逡逑效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比單橢圓ＳＦ６氣柱界面ＲＭ不穩(wěn)定性演化過程，雙橢圓ＳＦ６逡逑９逡逑

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本文編號：2830784