激波沖擊球形氣泡的RM不穩(wěn)定研究

發(fā)布時間：2020-10-21 00:37

　　近幾十年來,在學術和工程領域,隨著技術條件的逐步提升,包括慣性約束核聚變在內諸多領域的需求日益增長的推動下,RM不穩(wěn)定性的相關研究日益受到重視。國內外科學家對RM不穩(wěn)定性問題也作了大量工作。本文通過數(shù)值方法對多種情況下激波沖擊球形界面后界面的變形發(fā)展過程進行模擬,以期獲得對RM不穩(wěn)定性的深一步了解,嘗試對RM不穩(wěn)定性現(xiàn)象的出現(xiàn)與發(fā)展過程進行較為詳細的描述、分析與解釋。并對所用的數(shù)值方法所存在的優(yōu)點與短板進行總結評估。本文以Clawpack軟件包為平臺,使用VOF法和界面函數(shù)簡單耦合來追蹤界面,由基于有限體積法的二階精度ROE格式構造參數(shù)通量,并使用通量限制器對界面附近的非物理振蕩進行抑制,由求解近似黎曼問題得到的物質界面的參數(shù)來定義虛擬流節(jié)點參數(shù),通過對二維歐拉方程的控制方程以及流體體積輸運方程的精確求解,較好的解決了在弱激波作用下不同介質發(fā)生可壓縮流動的動態(tài)過程問題。本文中,主要是研究激波與氦氣、氬氣以及六氟化硫三種實驗氣體相互作用的不穩(wěn)定性。首先介紹了實驗研究的方法,包括激波管的簡介和歷史、實驗設備的實物圖展示、用刀口拍攝紋影圖的原理和方法,并且講述了實驗光路的要求和調節(jié)方法,引進了高速攝影系統(tǒng)的概念。然后將實驗結果進行了整理分析,并與數(shù)值計算結果進行對比。本文通過一系列研究,獲得了一定的激波沖擊氣泡的數(shù)值模擬結果。結合實驗結果和國內外已有的相關結論。通過本文的研究可以加深對這一類物理問題的理解,從而為以后深入的研究打下基礎。同時通過對比,驗證了程序的可靠性,并獲得了可靠的實驗數(shù)據與方法,對于今后的研究具有重要的意義。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O354.5
【部分圖文】：

示意圖,流體,密度,發(fā)展過程

型的 RM 不穩(wěn)定性發(fā)展過程如圖 1.1 所示，流體 1、2 分別位于流場的上且流體 1的密度小于流體 2的密度，兩種流體在初始狀態(tài)分別處于自由靜止體的分界面上存在著初始擾動，平面入射激波 M 自上而下地從流體 1 運流體 2，在入射的平面激波 M 與交界面發(fā)生接觸時，出現(xiàn)反射和折射現(xiàn)象成一道透射激波 T、一道反射波 R。透射激波 T 沿流體 2 繼續(xù)向下方傳播沿流體 1 向相反方向傳播。反射波依據交界面兩側流體的密度和熱力學以及入射激波的馬赫數(shù)的大小情況，既可以是激波又可以是稀疏波，本例波為激波。因為交界面兩側聲速大小的不同和界面處各點曲率的作用，隨M 與交界面切線方向的夾角（即激波角）的變化，不同位置處可能會產生能會產生非規(guī)則折射。所以可以發(fā)現(xiàn)有多道橫波會在透射激波 T 與反射波內出現(xiàn)。經過透射激波 T 與橫波的共同影響，最初的交界面被賦予一個基初始速度，具體體現(xiàn)為初期所呈現(xiàn)的擾動的線性加劇增強過程。同時壁面圖 1.1 RM 不穩(wěn)定性發(fā)展過程示意圖

示意圖,斜壓,機制,壓力擾動