激波冲击下airsf6界面的richtmyer-meshkov不稳定性 richtmyer-meshkov instability of shock-accelerated airsf6 interfaces.pdfVIP

第31卷第2期 爆炸与冲击 V01．31。NO．2 AND 2011年3月 EXPLOSIONSH()CKWAVES Mar．，2011 文章编号：1001—1455(2011)02—0135-06 激波冲击下air／SF6界面的 Richtmyer—Meshkov不稳定性+ 刘金宏，邹立勇，柏劲松，谭多望，黄文斌，郭文灿 (中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室，四川绵阳621900) 摘要：实验研究了低马赫数(1．27)激波作用air／SF。界面的RM不稳定性问题。air／SF。初始正弦界面 由厚度为1～2 gm的薄膜相隔得到，用阴影法测试界面演化过程。实验结果表明：由于不稳定性重流体 (SF。)向轻流体(air)演化成“尖钉”结构，而轻流体演化为“气泡”结构；由于界面切向速度差的Kelvin-Helm— holtz不稳定性，“尖钉”头部翻转成蘑菇头形状；之后，蘑菇杆破碎。扰动振幅发展的实验结果与Zhang—Sohn 模型和PPM数值计算的结果较吻合。 关键词：流体力学；Riehtmyer-Meshkov不稳定性；阴影方法；air／SF。界面；激波；激波管 中图分类号：0354．5 国标学科代码：i30·2517文献标志码：A 流场存在密度分层时，流体在加(减)速运动或速度存在间断时常伴随流体动力学界面不稳定性现 自然界存在很多密度间断的流场，如发动机内燃料与气体界面、海平面与空气界面等，以及高能量流物 理高新科技领域中，如惯性约束聚变(ICF)中金属壳体与DT气体界面密度间断，都存在界面不稳定性。 界面不稳定性在某些领域是有利的，如界面不稳定性能够加速燃料和气体间的混合，提高燃料的利用 率；而在有些领域是有害的，甚至是致命的，ICF中界面不稳定性会阻碍壳体的压缩，以及导致物质间的 混合，致使聚变材料纯度不够而点火失败。 流体动力学界面不稳定性在ICF等高新领域的需求下，自20世纪80年代以来开展了许多精细的、 创新性的实验研究工作。利用激波管实验研究气体界面不稳定性主要有3种情形：(1)激波运动方向与 界面垂直，初始界面多为小扰动正弦结构等uo；(2)初始界面具有一定的曲率，如气柱、气泡；(3)激波与 界面具有一定夹角，如斜界面和V型界面[2]。对第1类情形，已开展了较多的实验、数值和理论研究， 对不稳定性早期扰动的线性发展阶段以及中期非线性增长阶段提出了各种理论模型。 激波作用不同密度气体正弦界面后，界面演化经历3个阶段：(1)振幅线性增长阶段；(2)非线性增 长阶段，轻流体发展成“气泡”，重流体发展成“尖钉”，由于切向速度差，“尖钉”翻转成蘑菇头状；(3)湍流 混合阶段，“尖钉”开始破碎，不同尺度的涡相互吞并，不同流体达到湍流混合状态[3]。目前，在弱激波作 用下，对界面演化发展的前2个阶段研究较充分，数值计算和实验结果较吻合，而对后期不同流体问的 湍流混合的机理尚不明确[4。6J。本文中，拟利用阴影测试技术，研究马赫数为1．27的激波冲击air／SF。 mm，振幅A一7．5 正弦初始界面(波长九一50 ram)RM不稳定性的演化过程。 1 实验方法 1．1 实验装置 mm×200 如图1(a)所示，激波管实验装置是两端封闭的等截面直管(截面尺寸为100 mm)，膜片 *收稿日期：2009—11—19；修回日期：2010—04—25 国防科技莺点实验室基金项目(9140C6710011006) 作者简介：刘金宏(1980一)，男，硕士，助理研究员。 万方数据