發(fā)布時間：2020-09-30 11:31

　　 Richtmyer-Meshkov(RM)不穩(wěn)定性及其誘導的湍流混合現(xiàn)象由于其廣泛的應用,在學術(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,這兩種激波誘導的RM不穩(wěn)定性的演化規(guī)律。在此基礎上,考慮凝聚介質(zhì)的強度屬性,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)展起促進作用;隨著非平面激波相位的增大,渦對的抑制效應逐步凸顯,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。針對強度非均勻激波誘導的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制進行解釋。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)具有強度屬性,其比氣體物質(zhì)界面失穩(wěn)過程更為復雜,會受到材料本構(gòu)模型的影響。
【學位單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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、膨脹效應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，因此，斜壓渦量沉積是ＲＭ不穩(wěn)定性產(chǎn)生的關(guān)鍵機制，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)在界面處擴散嚴重，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，世界各國的學者們在理論分析、實驗研究及數(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行簡要回顧。逡逑１．２．１理論分析逡逑學者們主要針對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］運用ＭＶＦＴ（Ｍｕｌｔｉ邋Ｖｉｓｃｏｕｓ邋Ｆｌｏｗ逡逑ａｎｄ邋Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）程序復現(xiàn)了鄒立勇等［５８］的實驗，并就混合區(qū)波形、寬度、高度與實驗結(jié)逡逑果進行了對比分析，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）實驗結(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實驗研究，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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