高士清, 邹立勇, 唐久棚, 李季, 林健宇. 高马赫数激波作用下单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性数值模拟[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2023-0458
引用本文: 高士清, 邹立勇, 唐久棚, 李季, 林健宇. 高马赫数激波作用下单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性数值模拟[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2023-0458
Numerical Simulation of Single-Mode Richtmyer-Meshkov Instability Induced by High Mach Number Shock[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2023-0458
Citation: Numerical Simulation of Single-Mode Richtmyer-Meshkov Instability Induced by High Mach Number Shock[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2023-0458

高马赫数激波作用下单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性数值模拟

doi: 10.11883/bzycj-2023-0458
基金项目: 国家级-国家自然科学基金重大研究计划培育项目(92052108)

Numerical Simulation of Single-Mode Richtmyer-Meshkov Instability Induced by High Mach Number Shock

  • 摘要: Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性现象存在于惯性约束核聚变、超新星爆发以及超燃冲压发动机等问题中。目前,低马赫数激波冲击下单模界面RM不稳定性现象已有大量的研究,但高马赫数激波冲击下的单模界面RM不稳定性现象缺乏足够的认识,特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响并不明确。本研究采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序,利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不同的单模界面导致的 RM 不稳定性现象。研究涵盖了轻/重界面和重/轻界面两种情况,涉及的激波马赫数范围分别为6~9和9~11。本研究对比了冻结流、热非平衡流和热化学非平衡流三种气体模式下的流场演化过程,揭示了扰动增长和增长率的变化规律。通过对比扰动增长的线性理论和非线性理论,分析了初始激波马赫数和初始扰动尺度的变化对RM不稳定性的影响,同时讨论了涡量场分布和环量的演化规律。研究发现,与冻结流相比,热化学非平衡流中透射激波、反射波及界面速度明显不同,扰动振幅增长率峰值降低,界面增长率脉动减弱,界面不稳定性增长速度变慢。通过对比多种理论模型和本文的数值模拟结果,我们发现 ZS模型相对于其他模型更适用于高马赫数激波作用下的单模界面RM 不稳定性问题。对涡量场的研究发现,有两个较强的涡量生成区域,一个位于界面上,另一个位于透射激波波后,这同低马赫数下涡量主要在界面上生成的结论显著不同。此外,对环量的研究发现,热化学非平衡流中环量的幅值大小低于冻结流中的结果,这与热化学非平衡流中扰动的增长低于冻结流的结论对应。本文的研究结果揭示了热化学非平衡流中单模界面RM不稳定性的演化规律,补充了对高马赫数激波冲击下单模界面RM不稳定性的认识。
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-21
  • 网络出版日期:  2024-04-09

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