平面激波与气泡界面相互作用过程的数值研究

叶 斌, 王 超, 施红辉, 张 珂, 熊红平

(浙江理工大学机械与自动控制学院, 杭州 310018)

平面激波与气泡界面相互作用过程的数值研究

叶 斌, 王 超, 施红辉, 张 珂, 熊红平

(浙江理工大学机械与自动控制学院, 杭州 310018)

对在空气中的平面激波与He气泡和SF6气泡相互作用过程进行了数值计算。利用大涡模拟(LES)方法,使用具有三阶精度的Third-Order MUSCL算法对气泡的发展与变形过程进行了模拟,然后与文献中的实验结果进行了比较。结果发现:无论激波通过低密度界面还是高密度界面,都会有射流结构和涡的产生,但产生的机理并不相同;对于密度低的界面,气泡会演化为两个对称的“气泡”结构,并产生两个独立的涡和持续时间较短的射流;而对于密度高的界面,气泡会演化为“尖钉”结构。

激波; 数值计算; 大涡模拟; 气泡和尖钉; 射流

0 引 言

激波与液体或气体界面相互作用时会出现不稳定现象,并加速流体间的相互混合,这种现象称为Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性[1-2]。RM不稳定性在天体物理、惯性约束核聚变(ICF)、水中炸药爆炸、航天火箭发动机中燃料的混合和燃烧等方面都有重要的应用价值。

对于RM不稳定性,已经有理论、实验、数值三方面的研究成果。其中理论模型方面的研究主要有Richtmyer[1]提出的脉冲模型理论、可压缩线性理论以及Zhang等[2]提出的非线性理论等。在实验研究方面,最早由Meshkov[3]在1969年完成了验证性的实验;其后Hass等[4]于1987年利用平面弱激波轰击球形界面及柱形界面,进行了一系列的实验研究,通过放射性照相技术,记录了气泡迅速弯曲变形直至破裂的整个过程。……