激波沖擊下多模、多層和多相界面的演化研究
發(fā)布時間：2021-01-06 06:59
在瞬時沖擊力（激波）的作用下,分割不同密度流體的物質界面上的初始擾動會隨時間不斷增大,并最終形成湍流混合的失穩(wěn)過程被稱為Richtmyer-Meshkov（RM）不穩(wěn)定性。RM不穩(wěn)定性在慣性約束核聚變（ICF）、超新星爆發(fā)以及超燃沖壓發(fā)動機等實際問題中都有著廣泛的應用價值,也對于研究氣體動力學、渦動力學和湍流形成機理等方面有著重要的科學意義。美國的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、法國原子能委員會實驗室以及中國工程物理研究院等機構均對其展開了大量的研究。在以往對RM不穩(wěn)定性的科學研究中,由于余弦波作為最簡單的波的形式,因此單模界面的RM不穩(wěn)定性的發(fā)展而得到了最為廣泛的研究。然而,無論是在ICF還是超新星爆發(fā)等實際問題中,物質界面上的初始擾動總是隨機的,也就是多模界面。但激波沖擊下多模界面的擾動增長對初始頻譜的依賴性仍是一個待解決的難題。實際上,ICF的靶丸是由內側的氘氚燃料和外側的燒蝕材料層等多層不同物質所共同組成的,但激波沖擊下多道界面之間的耦合機制以及多道界面之間來回反射的波系對界面演化的影響則很少被研究。另外,ICF的靶丸由多種物相共同構成,囊括了固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：144 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１間接驅動和直接驅動慣性約束核聚變（ＩＣＦ）示意圖
?第一章緒論???＾－：－：－二－：－二－：－＾二－＾－：－＾－二、－二．一－??－：－二－二－二－：－二－：－：－：－二－：－：－：－．士．ｒ＾－二二??：：二：：：：：：二：：：：二二士二－￣—??．？?－?－ｉ．?＾．―￣￣??：：：：：：：：二二??垂蓬涯：５??露譯霍??ＨＥＡＶＹ?ＦＬＵＩＤ?ＬＩＧＨＴ?ＦＬＵＩＤ??Ｒｅｏ，〇Ｎ＾＾＾Ｐ§｜ｉ??ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＤ?ＲＥＦＬＥＣＴＥＤ??ＳＨＯＣＫ?ＳＨＯＣＫ??圖１．２激波沖擊輕／重界面的示意圖。激波由右側傳向左側。圖片來源于ＲｉｃｈｔｍｙｅｒＭ。??界面的初始形狀與單模的細微偏差也會影響界面的線性增長率，這部分會在??第２．１章介紹。??實際上，當Ａｔｗｏｏｄ數(shù)為負數(shù)時，也就是界面是重／輕界面時，界面上的擾??動會先經(jīng)歷一個反相過程之后再逐漸增長［１５］。但采用沖擊模型對重／輕界面的??振幅發(fā)展預測時人們遇到了困難。之后，一系列針對沖擊模型的修正理論被提??出。其中，Ｍｅｙｅｒ和Ｂｌｅｗｅｔｔ［２Ｇ］采用與Ｍｅｓｈｋｏｖ［８］的實驗中相同的初始條件，結??合數(shù)值模擬研究了激波沖擊輕／重界面和重／輕型界面的擾動增長。結果表明，在??輕／重界面的條件下，數(shù)值模擬與沖擊模型吻合良好；但是在重／輕條件下，采用??波前和波后的振幅的平均值，即（匈＋〇／２，來替換公式１．３中的ａ＋，可以得??到和數(shù)值結果相吻合的理論模型，也就是ＭＢ模型，此時振幅增長率（吻）可??寫為：??ｖ〇?＝?ＡｖｋＡ＋（ａ〇?＋?ａ＋）／２．?（１．４）??之后，Ｆｒａｌｅｙｔ２１：！提出了在輕／重界面情況下的可壓縮線性擾動方程［２］的解析??解。與Ｒ
?第二章激波沖擊多模界面的演化研宄???，參麵－??＾?Ｌｉ?ｈ?Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ??Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ?ｆｒａｍｅ?Ｂｌａｄｅ?ｖｉｄｅｏ?ｃａｍｅｒａ??圖２．１?（ａ）單模界面（上）、三角形界面（中）和刷膜方法（下）示意圖；（ｂ）紋影系統(tǒng)和??激波管測試段示意圖。??驗采用邊緣蘸了肥皂液的矩形框架沿著約束條或者亞克力板的邊緣輕輕刷過，??生成由約束條或亞克力板邊緣約束的肥皂膜界面，如圖２．１（ａ）下圖所示。隨后，??本實驗將沒有形成肥皂膜的另一塊透明的亞克力板盒子與形成肥皂膜的透明亞??克力板盒子對接，并將它們一起插入到激波管的測試段中。為了形成ａｉｒ／ＳＦｄ＇Ｂ］??斷界面，界面右側的ａｉｒ必須被ＳＦ６所替換。于是，將高純度較重的ＳＦ６通過測??試段尾端的靠上沿的“入流”洞中注入測試段，而較輕的ａｉｒ則會被注入的ＳＦ６??從靠下沿的“出流”洞中排出，如圖２．１（ｂ）所示。將０２濃度檢測儀放置于“出??流”洞處來監(jiān)測界面右側０２的體積分數(shù)。當０２的體積分數(shù)低于０．５％時，停止??注入５？６并且將激波管的測試段與低壓段合攏。然后，為了減少界面兩側的氣??體擴散，需在３０秒內完成實驗。雖然如此，本實驗還是不能完全避免界面兩側??氣體的擴散和污染。具體的物理參數(shù)將在各個工作中列表給出。本實驗在中國??科學技術大學近代力學系的水平激波管上完成，激波管由１．７ｍ的高壓段，３．９??ｍ的低壓段和１．０?ｍ的測試段組成。本實驗采用“Ｚ”字形紋影光路捕捉流場中??的密度梯度，采用連續(xù)光源（ＣＥＬ－ＨＸＦ３００，最大輸出功率２４９Ｗ）結合高速攝??影機（ＦＡＳＴＣＡＭＳＡ５，?ＰｈｏｔｒｏｎＬｉｍｉｔｅｄ）來獲
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Numerical study on Rayleigh-Taylor effect on cylindrically converging Richtmyer-Meshkov instability[J]. ZhiGang Zhai,Fu Zhang,ZhangBo Zhou,JuChun Ding,Chih-Yung Wen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(12)
本文編號：2960136
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：144 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１間接驅動和直接驅動慣性約束核聚變（ＩＣＦ）示意圖
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【參考文獻】：
期刊論文
[1]Numerical study on Rayleigh-Taylor effect on cylindrically converging Richtmyer-Meshkov instability[J]. ZhiGang Zhai,Fu Zhang,ZhangBo Zhou,JuChun Ding,Chih-Yung Wen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(12)
本文編號：2960136
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