初始条件对非经典Richtmyer-Meshkov不稳定性的影响数值研究

论文摘要

Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性及其诱导的湍流混合现象由于其广泛的应用,在学术界占据着重要的地位。但是,以往的研究多数聚焦于初始条件对强度均匀分布的平面激波加载扰动界面引起的RM不稳定性（以下称为“经典RM不稳定性”）的影响。本文构造了波阵面呈现正弦函数分布的非平面激波及强度非均匀分布的激波,通过数值模拟手段分析了不同的入射激波、扰动界面及流场等初始条件下,这两种激波诱导的RM不稳定性的演化规律。在此基础上,考虑凝聚介质的强度属性,初步探究了其自由面上的初始宏观缺陷在冲击加载条件下的失稳现象。为了便于叙述,本文中将非平面激波、强度非均匀激波引起的界面不稳定性及凝聚介质界面失稳统称为“非经典RM不稳定性”。针对非平面激波引起的RM不稳定性,分析了考虑反射激波的条件下,非平面激波初始相位、非平面激波及物质界面初始振幅、密度呈现高斯函数分布的非均匀流场对其演化的影响。数值模拟结果表明,非平面激波初始冲击物质界面后,界面区域出现了涡对。由于涡对的影响,非平面激波诱导的RM不稳定性显著不同于经典RM不稳定性,且主要体现在反射激波加载前的阶段。非平面激波初始相位为0时,涡对对界面扰动的发展起促进作用;随着非平面激波相位的增大,涡对的抑制效应逐步凸显,因而界面扰动振幅呈现减小的趋势。在0与π两种极限相位条件下,非平面激波初始振幅增大,界面附近局部总环量分别增大与减小,因而界面扰动振幅呈现相应的变化规律;物质界面初始扰动振幅增大,界面处沉积的涡量和环量增加,从而界面扰动振幅变大;流场非均匀系数越小,流场中速度脉动及负环量数值越大,界面扰动振幅越大。反射激波加载后,非平面激波初始相位与振幅、流场非均匀性的影响逐步弱化;但是,物质界面初始振幅依然对界面扰动的发展有一定的影响。针对强度非均匀激波诱导的RM不稳定性,分析了考虑反射激波的条件下,非均匀激波强度分布函数、物质界面初始振幅与波长及激波-界面初始距离对界面演化的影响。结果表明,强度非均匀激波初始加载后至反射激波加载前阶段,界面扰动振幅的增长规律与经典RM不稳定性差异明显;物质界面初始扰动振幅越大或初始波长越小,扰动增长越快;非均匀激波强度分布函数对界面演化的影响不明显。反射激波冲击物质界面后,非均匀激波强度分布函数的影响逐渐显著,而物质界面初始扰动振幅与波长的影响则逐渐减弱。在整个计算时间内,激波-界面初始距离对界面演化的影响均不明显。针对凝聚介质自由面宏观缺陷在冲击加载条件下的失稳现象,初步分析了初始缺陷形状及本构模型的影响。结果表明,凝聚介质自由面失稳现象仍然可以通过斜压机制进行解释。初始缺陷形状不同时,凝聚介质自由面失稳、破碎及喷射过程存在差异。此外,由于凝聚介质具有强度属性,其比气体物质界面失稳过程更为复杂,会受到材料本构模型的影响。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王震

导师: 柏劲松,王涛

关键词: 非经典不稳定性,初始条件,非平面激波,强度非均匀激波,凝聚介质界面不稳定性,数值模拟

来源: 中国工程物理研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 中国工程物理研究院

分类号: O354.5

总页数: 103

文件大小: 12798K

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