本文關(guān)鍵詞：平面激波與多邊形氣柱相互作用的實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 平面激波 多邊形氣體界面 Richtmyer-Meshkov 不穩(wěn)定性 渦量射流

【摘要】：近幾十年來(lái),在慣性約束核聚變和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用背景驅(qū)動(dòng)下,Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性(簡(jiǎn)稱RM不穩(wěn)定性)得到了廣泛和深入的研究。RM不穩(wěn)定性是一種沖擊加速下的流體界面不穩(wěn)定現(xiàn)象,即具有初始擾動(dòng)的界面經(jīng)受沖擊之后,在密度梯度和壓力梯度不共線引起的斜壓渦量的作用下,界面上的擾動(dòng)隨時(shí)間不斷增大并最終導(dǎo)致界面兩邊流體的湍流混合。作為RM不穩(wěn)定性研究的一個(gè)重要類型,激波與氣泡(氣柱)相互作用同樣受到各國(guó)研究者的關(guān)注。在實(shí)驗(yàn)研究中,由于界面生成的困難,目前國(guó)際上氣泡(氣柱)的形狀主要集中在球形和圓柱形,且除了方形SF6界面,對(duì)于其他多邊形(氣柱)界面還沒(méi)有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。本文實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究了平面激波與多種形狀多邊形(氣柱)界面的相互作用過(guò)程,具體工作如下： 首次運(yùn)用細(xì)針約束肥皂膜的方法形成了滿足激波管實(shí)驗(yàn)的多邊形氣體界面,此方法可以形成任意形狀的多邊形界面。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和計(jì)算手段對(duì)生成的界面中存在的倒角和細(xì)針對(duì)流場(chǎng)的影響進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)果顯示倒角和細(xì)針不會(huì)影響界面的大尺度演化。分析并計(jì)算了生成的肥皂膜界面在豎直方向上存在的變形大小,表明降低激波管內(nèi)腔豎直方向的高度可以明顯減小肥皂膜豎直方向上的變形。運(yùn)用此界面形成方法形成了六種典型形狀(正方形,兩種長(zhǎng)方形,兩種不同朝向的正三角形,菱形)的重氣體界面和三種形狀(正方形,正三角形,菱形)輕氣體界面用于激波管實(shí)驗(yàn)研究。 采用高速相機(jī)和紋影顯示技術(shù)在一次實(shí)驗(yàn)中拍攝多幅照片的方式顯示激波和多邊形界面相互作用的整個(gè)過(guò)程,保證了實(shí)驗(yàn)初始條件的一致性。運(yùn)用氣體動(dòng)力學(xué)原理和數(shù)值程序確定了實(shí)驗(yàn)中多邊形初始界面內(nèi)的氣體成分,為數(shù)值計(jì)算提供了完整的初始條件。對(duì)于輕氣體界面,采用較重的氣體組合(SF6中的N2氣柱)可以避免輕氣體穿透肥皂膜導(dǎo)致的污染和肥皂膜質(zhì)量與氣體質(zhì)量相當(dāng)引起的拖慢效應(yīng),使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果符合得更好。 實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果顯示,激波與多邊形氣體界面相互作用會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的波系現(xiàn)象,可以用來(lái)研究激波在界面上的折射現(xiàn)象。對(duì)于重氣體界面,界面內(nèi)形成的折射激波與透射激波(或折射激波間)相互作用,形成新的弧形激波、馬赫桿以及三波點(diǎn)結(jié)構(gòu)；對(duì)于輕氣體界面,相似的波系現(xiàn)象會(huì)在界面外出現(xiàn)。首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激波與界面相互作用過(guò)程中出現(xiàn)的不同類型的非規(guī)則折射之間的轉(zhuǎn)變。對(duì)于重氣體界面,激波在三角形2界面上的非規(guī)則折射會(huì)出現(xiàn)從FPR (Free Precursor Refraction)到FNR (Free precursor von Neumann Refraction)的轉(zhuǎn)變；對(duì)于輕氣體界面,激波在菱形界面上的非規(guī)則折射會(huì)出現(xiàn)從FNR到FPR再到TNR(Twin von Neumann Refraction)的轉(zhuǎn)變。 計(jì)算結(jié)果顯示,多邊形界面頂點(diǎn)渦的卷起主要受流場(chǎng)中分布的渦量誘導(dǎo)引起。對(duì)于重氣體界面,不同界面內(nèi)形成的不同激波相遇位置不同,導(dǎo)致在界面下游產(chǎn)生不同的不穩(wěn)定現(xiàn)象：正方形界面會(huì)在下游界面有一個(gè)強(qiáng)射流,三角形1有一個(gè)較弱的射流,長(zhǎng)方形2界面有兩個(gè)較弱的射流,長(zhǎng)方形1、三角形2以及菱形界面會(huì)在上下邊界形成二次渦對(duì)。
【關(guān)鍵詞】：平面激波 多邊形氣體界面 Richtmyer-Meshkov 不穩(wěn)定性 渦量射流
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O354.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 插圖目錄11-17
• 表格目錄17-18
• 第1章 引言18-32
• 1.1 研究背景與Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性18-20
• 1.2 研究現(xiàn)狀20-29
• 1.2.1 單模和多模界面20-23
• 1.2.2 氣泡和氣柱23-29
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排29-32
• 第2章 實(shí)驗(yàn)和數(shù)值方法32-46
• 2.1 多邊形肥皂膜氣柱界面的生成32-36
• 2.2 激波及激波管36-40
• 2.2.1 激波的形成36-37
• 2.2.2 激波管37-39
• 2.2.3 激波管實(shí)驗(yàn)段邊界層厚度估計(jì)39-40
• 2.3 流場(chǎng)顯示40-42
• 2.4 數(shù)值方法42-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 第3章 初始條件46-54
• 3.1 肥皂膜界面三維性46
• 3.2 肥皂膜多邊形界面中倒角和細(xì)針對(duì)流場(chǎng)的影響46-50
• 3.2.1 激波沖擊肥皂膜正方形空氣柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果47
• 3.2.2 正方形頂點(diǎn)倒角對(duì)界面發(fā)展的影響47-49
• 3.2.3 倒角和細(xì)針對(duì)正方形頂點(diǎn)處渦的卷起的影響49-50
• 3.3 多邊形肥皂膜氣柱初始界面內(nèi)氣體組分的確定50-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第4章 激波與多邊形重氣柱相互作用54-80
• 4.1 界面形態(tài)演化54-67
• 4.1.1 正方形界面54-59
• 4.1.2 長(zhǎng)方形界面59-62
• 4.1.3 三角形界面62-66
• 4.1.4 菱形界面66-67
• 4.2 波系及其特征67-72
• 4.2.1 激波形態(tài)68-70
• 4.2.2 特征波的運(yùn)動(dòng)速度70-72
• 4.3 初始界面形狀對(duì)RM不穩(wěn)定性演化的影響72-77
• 4.3.1 界面特征的量化72-75
• 4.3.2 環(huán)量75-77
• 4.4 本章小結(jié)77-80
• 第5章 激波與多邊形輕氣柱相互作用80-98
• 5.1 激波與多邊形氦氣柱相互作用80-85
• 5.2 激波與多邊形N_2柱相互作用85-96
• 5.2.1 界面形態(tài)與特征86-93
• 5.2.2 波系及其特征93-96
• 5.3 本章小結(jié)96-98
• 第6章 總結(jié)與展望98-102
• 6.1 結(jié)論98-99
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)99-100
• 6.3 研究不足和下一步工作100-102
• 參考文獻(xiàn)102-107
• 附錄A 多邊形肥皂膜界面的三維性107-114
• 附錄B 多邊形氣柱內(nèi)氣體組分的確定114-118
• 附錄C 肥皂膜的氣體穿透性118-120
• 附錄D 關(guān)于實(shí)驗(yàn)的一些說(shuō)明120-122
• 致謝122-124
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果124

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 ;Numerical study on the evolution of the shock-accelerated SF_6 interface:Influence of the interface shape[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2012年02期

，

本文編號(hào)：723910