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反射激波冲击单模界面的不稳定性实验研究 被引量:1
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作者 王宏辉 丁举春 +1 位作者 司廷 罗喜胜 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第1期33-40,共8页
激波诱导流体界面失稳问题广泛存在于惯性约束核聚变、超燃冲压发动机、武器内爆等工程应用中,相关研究具有重要意义。本文在改进的水平激波管中开展入射激波及其反射激波诱导单模气体界面失稳的实验研究,采用线约束肥皂膜技术生成较为... 激波诱导流体界面失稳问题广泛存在于惯性约束核聚变、超燃冲压发动机、武器内爆等工程应用中,相关研究具有重要意义。本文在改进的水平激波管中开展入射激波及其反射激波诱导单模气体界面失稳的实验研究,采用线约束肥皂膜技术生成较为理想的空气/六氟化硫(air/SF;)单模气体界面,借助高速纹影技术捕捉激波冲击界面后的详细不稳定性演化过程,重点关注反射距离对不稳定性发展的影响(反射距离定义为初始界面和激波管尾端固壁的距离)。研究发现,在一定反射距离范围内,反射激波作用后的扰动增长率几乎为一个恒定值,与反射距离无关(即与反射激波作用前的扰动振幅及增长率无关),随着反射距离的进一步增大,扰动增长率降低。通过实验测量值与理论预测值的对比,发现Mikaelian模型和Charakhch’an模型(采用合适的经验系数)均能对反射激波作用界面后的扰动增长率给予有效预测,且这两种模型的经验系数都依赖于反射激波作用前的界面演化状态,如果反射距离的改变引起/(不引起)界面演化状态的变化,则需要/(不需要)改变经验系数的值。 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 激波 单模界面 反射距离 高速纹影
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反射激波作用下三维凹气柱界面演化的数值研究 被引量:3
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作者 崔竹轩 丁举春 司廷 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1246-1256,I0001,共12页
激波与气柱相互作用是Richtmyer-Meshkov不稳定性研究的经典案例.单次激波与二维气柱相互作用已得到广泛关注,但是反射激波再次冲击气柱(尤其是三维气柱)的研究较少,相关演化规律和机理尚不清楚.反射激波再次冲击演化中的气柱界面会产... 激波与气柱相互作用是Richtmyer-Meshkov不稳定性研究的经典案例.单次激波与二维气柱相互作用已得到广泛关注,但是反射激波再次冲击气柱(尤其是三维气柱)的研究较少,相关演化规律和机理尚不清楚.反射激波再次冲击演化中的气柱界面会产生新的斜压涡量,影响涡量的输运和分布,从而影响界面的演化.本文采用自主开发的HOWD(high-order WENO and double-flux methods)程序,研究了马赫数为1.29的平面激波冲击N_(2)气柱(气柱外为SF_(6))的演化过程,并考察了反射激波对二维和三维凹气柱界面演化的影响规律.在数值模拟中,选取了不同的反射距离(定义为气柱和反射边界的距离),得到了二维和三维凹气柱在反射激波冲击前后的完整演化图像,提取了气柱上特征点位置随时间变化的定量数据,重点分析了不同演化阶段气柱几何特征及斜压涡量分布的变化趋势.研究表明,反射距离决定着反射激波作用气柱时的激波形状和气柱形态,从而影响斜压涡量的生成和分布,进而改变气柱的不稳定性演化过程.对于三维气柱,不同高度截面上的斜压涡量分布不同,从而诱导出复杂的三维演化结构. 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 反射激波 气柱 数值计算
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Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导的湍流混合
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作者 周彰博 丁举春 罗喜胜 《气动研究与试验》 2024年第4期1-25,共25页
Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性及其诱导的湍流混合是惯性约束聚变、超声速燃烧、武器内爆等重大工程中的共性科学问题。已有研究主要关注RM不稳定性早期的扰动增长,揭示了斜压涡量和压力扰动是界面振幅增长的主要物理机制。近些年,随... Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性及其诱导的湍流混合是惯性约束聚变、超声速燃烧、武器内爆等重大工程中的共性科学问题。已有研究主要关注RM不稳定性早期的扰动增长,揭示了斜压涡量和压力扰动是界面振幅增长的主要物理机制。近些年,随着流场诊断技术与高性能计算的发展,RM不稳定性后期的湍流混合逐渐得到关注。本文系统回顾了近10年来关于RM湍流混合的研究进展,诠释了一些关键概念,阐明了湍流混合的机制,并详细介绍了扰动效应、阿特伍德(Atwood)数效应、马赫数效应、黏性效应、反射波系效应、几何效应以及维度效应等初始条件对RM湍流混合场的影响。最后,本文展望了未来RM湍流混合的实验与数值模拟的重点方向。 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 激波 界面 湍流转捩 湍流混合
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层流流动控制技术及应用 被引量:38
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作者 朱自强 吴宗成 丁举春 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期765-784,共20页
民机受到的摩阻占其总阻力很大比例,减少摩阻对改善民机性能和降低成本具有重要意义。层流摩阻远小于湍流摩阻,因此扩大层流区,甚至实现全层流流动是减阻的一个重要途径。为此,形成了包括自然层流流动、全层流流动和混合层流流动3种层... 民机受到的摩阻占其总阻力很大比例,减少摩阻对改善民机性能和降低成本具有重要意义。层流摩阻远小于湍流摩阻,因此扩大层流区,甚至实现全层流流动是减阻的一个重要途径。为此,形成了包括自然层流流动、全层流流动和混合层流流动3种层流流动控制技术。本文从减阻分析,对3种层流流动控制技术的概念、方法、优缺点、可带来的效益,层流流动控制技术的设计方法,层流流动飞机的维护(包括防昆虫和冰粒等污染的措施)等方面作了较为系统的阐述。概要介绍了国外1930—2000年间层流流动控制技术的研究简况,并选择X-21A飞机缝道吸气飞行试验、JetstarHLFC前缘系统模拟航线飞行的飞行试验、以及Boeing 757HLFC飞行试验等重要项目为例阐述了层流流动控制技术的发展状况,指出了今后进一步研究的方向。 展开更多
关键词 层流流动控制 自然层流流动 全层流流动控制 混合层流流动控制 设计方法 飞行试验
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柱状汇聚激波冲击单模气体界面的实验研究
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作者 李阳 丁举春 +1 位作者 翟志刚 司廷 《实验力学》 CSCD 北大核心 2017年第6期733-740,共8页
在自行设计和加工的半环形汇聚激波管中,开展了柱状汇聚激波冲击单模Air/SF6气体界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性实验研究。不同于以往的环形激波管,该激波管具有半圆形结构的实验段,使半环形管道和实验段都向外敞开,能够参考传统... 在自行设计和加工的半环形汇聚激波管中,开展了柱状汇聚激波冲击单模Air/SF6气体界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性实验研究。不同于以往的环形激波管,该激波管具有半圆形结构的实验段,使半环形管道和实验段都向外敞开,能够参考传统水平激波管的方式设置初始扰动界面和观测系统。采用线约束肥皂膜的方法形成单模初始扰动界面。利用高速纹影成像技术得到了柱形汇聚激波作用下界面演化的完整过程。为了研究初始振幅对界面演化形态的影响,实验中生成了三种不同初始振幅的单模界面,并获得了三种工况下界面位移和扰动振幅随时间的变化。结果表明,汇聚激波作用下的RM不稳定性与平面激波有很大差别,主要原因在于汇聚效应,包括结构汇聚、流动压缩以及界面反相等。 展开更多
关键词 柱状汇聚激波 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 单模界面 高速纹影法
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激波在air/SF_6气体界面上非定常折射的数值研究
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作者 郭文娟 翟志刚 +1 位作者 丁举春 罗喜胜 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2017年第12期70-78,共9页
本文数值研究了平面激波在air/SF_6凹形(凸形)界面上的非定常折射,着重关注入射角变化带来的波系结构变化.数值程序利用有限差分法离散可压缩多组分欧拉方程,采用双通量算法成功克服了物质界面附近由于比热比不同导致的数值振荡问题,并... 本文数值研究了平面激波在air/SF_6凹形(凸形)界面上的非定常折射,着重关注入射角变化带来的波系结构变化.数值程序利用有限差分法离散可压缩多组分欧拉方程,采用双通量算法成功克服了物质界面附近由于比热比不同导致的数值振荡问题,并将该算法与高阶WENO以及三阶Runge-Kutta耦合,使得程序具有较高的时空分辨率.结果表明,相比于准定常折射,平面激波在凹形(凸形)界面上传播时由于入射角的连续变化会出现波系结构的转变现象.随着入射角由大变小,平面激波在凹形界面上依次出现了前曲折射、规则反射折射以及过渡规则折射.相比准定常折射,没有出现Mach反射折射,但出现新的折射波系——过渡规则折射,由流场的迟滞效应导致.随着入射角由小变大,平面激波在凸形界面上依次出现规则反射折射以及Mach反射折射.相比准定常折射,没有出现前曲折射,但Mach折射出现的角度区域推迟且范围变大.研究表明,流场的非定常性对激波折射波系具有重要影响. 展开更多
关键词 非定常激波折射 凹界面 凸界面 数值模拟
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汇聚Richtmyer-Meshkov不稳定性实验研究进展 被引量:5
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作者 丁举春 翟志刚 +1 位作者 司廷 罗喜胜 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期618-628,共11页
Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性是流体力学的重要研究内容,无论在学术研究还是工程应用领域都有着重要的研究价值.近些年,学者们围绕平面激波诱导的RM不稳定性开展了大量实验、数值和理论研究,发现界面上的初始扰动在激波冲击之后依次... Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性是流体力学的重要研究内容,无论在学术研究还是工程应用领域都有着重要的研究价值.近些年,学者们围绕平面激波诱导的RM不稳定性开展了大量实验、数值和理论研究,发现界面上的初始扰动在激波冲击之后依次经历线性增长、非线性增长和湍流混合3个发展阶段,压力扰动和斜压涡量是导致扰动发展的主要物理机制.然而,关于汇聚激波诱导的界面失稳现象却少有研究,汇聚空间中扰动发展的规律以及汇聚效应对扰动发展的影响尚不清楚.汇聚RM不稳定性研究要求在实验室条件下生成稳定的汇聚激波和形状可控的流体界面,对现有的实验方法提出了极大的挑战.本文简要回顾了近些年在两种不同结构的汇聚激波管设备中开展的汇聚RM不稳定性实验研究,重点讨论了几种典型汇聚效应对扰动发展的影响,并根据目前研究的局限性提出今后实验研究的3个重要方向:高马赫数激波诱导的界面失稳实验、三维界面的演化、扰动激波与无扰动或有扰动界面的相互作用. 展开更多
关键词 RM不稳定性 激波 界面 汇聚效应 斜压涡量
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重/轻单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性研究 被引量:2
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作者 马迪 丁举春 罗喜胜 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2020年第10期48-56,共9页
本文采用实验与数值相结合的方法研究平面激波冲击重/轻单模界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性问题,着重分析重/轻型界面和轻/重型界面演化的差异.实验上,利用先进的肥皂膜界面生成方法,生成初始形状可控的SF6/air单模界面,并基于高... 本文采用实验与数值相结合的方法研究平面激波冲击重/轻单模界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性问题,着重分析重/轻型界面和轻/重型界面演化的差异.实验上,利用先进的肥皂膜界面生成方法,生成初始形状可控的SF6/air单模界面,并基于高速纹影技术捕捉界面和波系的详细演化过程.数值上,采用可压缩多组分流动高精度数值模拟程序对实验工况进行模拟,数值模拟结果和实验结果吻合良好,详细的数值流场信息促进了我们对实验中界面分层现象的分析和理解.研究发现,与轻/重界面演化不同的是,重/轻界面在激波冲击后首先进入反相阶段;与轻/重界面演化类似的是,反相后的重/轻界面依次经历线性和非线性发展.最后,本文利用实验获得的定量数据检验已有线性和非线性模型对重/轻RM不稳定性的预测能力,发现Meyer&Blewett模型(Phys.Fluids,1972,15:753–759)能有效预测重/轻界面的线性期扰动增长,而Dimonte&Ramaprabhu模型(Phys.Fluids,2010,22:014104)能有效预测非线性期的扰动增长. 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 反相 界面分层
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Interaction of a planar shock wave with two heavy/light interfaces
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作者 Yibo Zhang Zhangbo Zhou +1 位作者 Juchun Ding Xisheng Luo 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期23-35,共13页
The interaction of a planar shock with SF_(6)/Ar/He dual interfaces(SF_(6)/Ar interface is sinusoidal and Ar/He interface is unperturbed)is numerically studied with a compressible multi-component flow solver that is c... The interaction of a planar shock with SF_(6)/Ar/He dual interfaces(SF_(6)/Ar interface is sinusoidal and Ar/He interface is unperturbed)is numerically studied with a compressible multi-component flow solver that is capable of simultaneously capturing discontinuities and resolving small-scale smooth structures.Six cases with different interface distances and incident shock strengths are considered.For all cases,after the shock impact,the amplitude of the first interface reduces gradually to zero(i.e.,phase inversion)and then increases continuously in the negative direction.The rarefaction wave(RW2)reflected from the second interface promotes or suppresses the development of the first interface depending on the interface distance(D).Specifically,if D is small,RW2 arrives at the first interface at a time before phase inversion,and thus promotes the instability growth at the first interface.If D is large,RW2 encounters the first interface at a time after phase inversion,and thus suppresses the instability growth.A theoretical model for the critical distance,under which the first interface just completes phase inversion at the arrival time of RW2,is developed.With this model,one can regulate the instability growth at the first interface by giving a desired D.The development of the second interface belongs to non-standard Richtmyer-Meshkov instability,which depends heavily on the phase of the rippled transmitted shock.It is found that the model of Ishizaki(Phys.Rev.E 53,R5592,1996)fails to predict the perturbation growth of the second interface for cases where the transmitted shock is at phase 2 due to the ignorance of baroclinic vorticity.A new model considering the combined effects of baroclinic vorticity,velocity perturbation,and pressure disturbance is proposed,which gives a reasonable prediction of perturbation growth at the second interface. 展开更多
关键词 Richtmyer-Meshkov instability Dual interfaces Rarefaction wave Rippled shock
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