运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证Levelset方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Levelset方程追踪多流体界面,采用GFM方法处理流体内界面.利用文[1]的计算结果校核本文程序.在此基础上,对运动激波和气泡串相互作用过程进行了初步数值模拟,得到了不同时刻运动激波和圆管内的两个气泡作用后的演化图象,包括压力和密度等值线分布.计算结果表明:针对推广后的多界面Levelset方程,该方法仍可高质量地捕捉多个流体界面.

基于各向异性网格的激波/气泡的相互作用问题自适应求解

采用基于度量张量的各向异性网格自适应技术计算了激波与气泡相互作用形成的非定常流场。自适应网格能够很好地捕捉到流场的主要信息,并随时间进行网格调整,在流场变化剧烈的位置进行自适应加密。通过自适应网格与固定网格的网格量及结果对比,展示了网格自适应生成在网格规模同时提升求解精度上的优势。

激波与气泡相互作用中初始扩散对混合增强的影响机制研究

在激波与气泡相互作用中,不同程度的初始扩散可诱导出不同强度的流动不稳定性,然而这种流动不稳定性的来源及其对混合的影响机制仍然不清楚.本研究通过高精度数值模拟方法研究这种流动不稳定性对混合的作用.为了剥离流场中其他因素的影响,提出了一种环量控制方法来保证不同条件流场具有相同的雷诺数Re和佩克莱数Pe.通过考察气泡形态及涡量特征,发现初始扩散越薄,流场后期演化的不稳定性越显著,且这种不稳定性的强度可通过二次斜压环量(Γ_(sbv)/Γ)来度量.进一步使用涡量输运方程考察二次斜压环量的源项演化,发现其增长主要由斜压矩主控.因此,这种由初始扩散诱导的不稳定性可以被定义为二次斜压不稳定性.在混合增长特性方面,对比混合度和标量耗散率的结果表明,具有更强的二次斜压不稳定性所诱导的混合速率也更高.因此这种与雷诺数Re弱相关的二次斜压不稳定性可以促进变密度混合.最后,给出了二次斜压不稳定性强度Γ_(sbv)/Γ与平均混合速率■的平方标度率关系,呈现为:■.

激波作用不同椭圆氦气柱过程中流动混合研究

在激波与气柱相互作用问题中,压力与密度间断不平行产生的斜压涡量会引起流动的不稳定性,从而促进物质间的混合.本文基于双通量模型,结合五阶加权基本无振荡(WENO)格式,求解多组分二维Navier-Stokes方程,分析激波作用面积相同结构不同的椭圆气柱所致的流动和混合.数值结果清晰地显示了激波诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性引起的气柱界面变形和波系演化.同时定量地从界面运动、界面结构参数变化(长度和高度)、气柱体积压缩率、环量及混合率等角度分析激波诱导的流动混合机制,研究椭圆几何构型对氦气混合过程的影响.结果表明,界面及相关参数的演化与气柱初始形状密切相关.当激波沿椭圆长轴作用于气柱时,气柱前端出现空气射流结构,且射流不断增长并渗透到下游界面,致使气柱分离成两个独立涡团,离心率越大,射流发展越快;同时激波作用气柱后在界面处产生不规则反射现象.圆形气柱界面演化与这种作用情形类似.当激波沿椭圆短轴作用于气柱时,界面上游出现类平面结构,随后平面上下缘处产生涡旋,主导流动发展,激波在界面作用产生规则反射,离心率越大,这些现象越明显.界面高度、长度、体积压缩率也因此有所差异.对界面演化、环量和混合率的综合分析表明,激波沿长轴作用于气柱且离心率较大时,流动发展较快,不稳定性导致的流动越复杂,越有利于氦气与环境介质的混合.

化学反应机理对激波与可燃氢气泡相互作用影响的数值研究

通过含化学源项的Navier-Stokes方程对激波与可燃界面相互作用（RSBI）进行数值研究,讨论三种氢氧化学反应机理对点火过程、燃烧效率和面积压缩率等物理化学特征的影响.三种化学反应分别为：Evans-Schexnayder反应模型（ES模型）,Jachimowski反应模型（J模型）及δ Conaire反应模型（δ模型）.研究表明：ES模型下的气泡点火延迟时间最大,平衡温度最低且点火位置异于J模型和δ模型.采用无量纲面积来表征激波和燃烧作用气泡的形变特征,结果表明：燃烧释热阶段的气泡面积对化学反应模型的选择非常敏感,其中J模型的面积膨胀率最高.然而对于模拟长期发展的RSBI流场燃烧效率,不同化学反应模型之间的差异相对缩小.由于ES模型难以准确捕捉点火位置,J模型和δ模型更适合模拟RSBI这类复杂流动的点火现象及燃烧流动耦合过程.