rt不稳定性和RM不稳定性理论
- 格式：pdf
- 大小：1.41 MB
- 文档页数：39
下载文档原格式
合集下载
瑞利泰勒不稳定性公式
瑞利泰勒不稳定性公式
瑞利-泰勒不稳定性发生在非稳定的密度分层的状况下，譬如较重的液体位于较轻的液体上，重力的作用加速了一层液体侵入另一层液体的进程，产生了湍流及随之发生的界面上的湍流混合过程。
瑞利泰勒不稳定性引起流体内部密度不同区域之间的相互渗透。
流体内部区域可以是由一个界面分开的两种不同的物质，或是一个界面分开的两部分平均密度不同的同种物质，这两个区域之间存在着密度梯度。
这种通常被称为瑞利泰勒不稳定性的现象，往往发生于重力场中低密度流体支撑高密度流体的情况。
瑞利泰勒不稳定性，由于热的等离子体在磁场中会出现抗磁性漂移，因此在等离子体与真空的边界上出现扰动时，在扰动的波峰波谷之间会出现电荷的积累。
这种积累产生的电场由洛仑兹力分析可知，会使波谷加深，波峰变高，从而使等离子体的槽纹变深。
瑞利泰勒不稳定性的理论研究硕士论文
搁婴摘要袖：。
丝性约水骧变ｆ』＝ｉ爆过删ｑ，存在各种流体不稳定蛙，它们能够破坏靶丸的别称。
阽羽Ｉ完整性，使得点火火败。
在这些流体力学不稳定性中，瑞利一泰勒不稳定性较容易发，１：，它的破坏性也比较大，被认为是影响惯性约束聚变砸点火所需的最小能：最的０：要凶豢之一，因此深入地理解内爆过程中的瑞利一泰勒不稳定性的发展舭｛ｐ，列于实现点火与商增益聚变是至关重要的。
本文从一个简译的堕逍体模型出发，分别研究了平衡流以及剪切流对瑞４：Ｕ一泰勒不稳定的影ｌ胸，得到如下的结果：１）与波矢平行方向的平衡流会改挛琐烈一泰塑至稳壅的丛塾堡塑堡奎（频移作用）；２）剪叨流及磁场在锐边界条件下对瑞利一泰勒不稳定性的影响表现为：ｉ）瑞利一泰勒不稳定性可以被与扰动波矢平行的５Ｆ衡磁场抑制，如果磁场足够强，瑞利一泰恸不稳定性甚至尢法发展；ｉｉ）与现有的一些模型不同，我们发现剪切流会驱动不稳定性；ｉｉ）Ｉ曲于平衡流剪切的存在，在短波扰动、强剪切流或是较小的阿托伍德＜Ａｆ：，ｗｏｏｄ）数的时候，瑞利一泰勒不稳定性表现出的特性与＂尔文一亥姆稚旌不稳定性类似。
同时，我们给｛“了瑞利一泰勒一；稳定性增长率与扰动波数、约化流剪切、约化Ａｌｆｖｅｎ速度以及阿托伍德数之间的关系。
Ⅵ钮．２，Ｏ岛ｚ、ｆ弓ｊＡＢＳＴＲＡＣＴＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｍｔ‘｝ｌｊ’ｔ、ＳＯ１１１３ｕｙｉｎｓ（，献）ｉｌ“ｉ＊ｉｎ１）ｌａ．。
，ｕｌａｔｈａｔｉｎｑ）ｏｓｅｉｎｌｌｃｈＣＯＩＬＳ｛－ｒａｊｉｌｔｏｔｈｅ（）Ｉ，一ＣＩ＇０ｔ．ｉｏｎｏｆｆｕｓｉｏｎＣＯｌｉｌｉｌｌｅｌｌｌｅｕｔｆａｃｉＩｉｔｉｅｓ．ＴｈｕｓｉｔｉｓｉｍｌｘａＩ；ａｎｔｔｏｉｕｖｅｓｔｉｇａｔｅ｛ｈｅｍｌｓｔａｂｌｃｐｒｏｐｍｔｉｅｓ．１ｌｔｎｃｈｏｆｗｈｋ。
１ｌｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｅｍＩ）ｌｏｙｉｎｇｔｈｅＭＨＤｍｏｄｅｌＴｈｅｒｅｓｌｆｉｔｓＩｎ‘ｏｖｉｄｅｓＨｉｌｌｎｙ１）ａｓｉｃｉｎｓｉｇｈｔｏｌ’｛．ｈｅｐｈｅ）ｌＯｔｌｌｅｌｌＯｌｌｏｂｓｅｒｖｅ（１ｉｎｌａｂｏｒａ，ｔｏｒｙｃｘｐｅｒｉｎｌｅｔ／ｉｓａｎｄｅｃｌｃｓｔｉａｌｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．ｔｈｅｈｅｌｉｃａｌｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄＲａｙｌｅｉｇｈ—Ｔａｙｌｏｒｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄ８０ｎｌｅｉｎｌｌｏｖａｔｉｏｎａｌ．ｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅ（】ＴｌｌｅｅｆｒｅｃｔｏｆＩｌｌａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ．ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｆｌｏｗ．ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ０１１ｔｈｅｇｒｏｗｔｌｌｒａｔｅｏｆＲａｙｌｅｉｇｈ—Ｔａｙｌｏｒｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｅｔｈｅｓｉｓ．Ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔ：１１ＯｎｌｙｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｌｉｕｍｆｌｏｗａｌｏｎｇｔｈｅｗａｖｅｖｅｃｔｏｒｈａｖｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅＲａｙｌｅｉｇｈ—Ｔａｙｌｏｒｉｎｓ（，ａｂｉｌｉｔｙａｌｌｄｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｅｑｕｌｉｌ）ｒｉｎｍｆｌｏｗｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅａｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔｒｉｆｔ２１Ｃ０１１３一ｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙｗｉｌｌｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅＲａｙｌｅｉｇｈ—Ｔａｙｌｏｒｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．ＴｈｅｅｆｒｅｃｔｓｏｆｓｈｅａｒｅｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｆｌｏｗａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｎｔｈｅＲａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒｉｎｓｔ，ａｂｉｌｉ（，Ｙ（ＲＴＩ）ａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｎｄｔｈｅｌｉｎｅａｒｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｉｓｏｂｔａｉｎｅ（１ａｎａｌｙｔｉｃａｌｌｙｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆａｓｈａｒｐｉｎｔｅｒｆａｃ（！．ＩｔｉＳｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｓｈｅａｒｆｌｏｗａｃｔｓａ８ａｄｒｉｖｉｎ￡ｆｏｒｏｅａｌｌ（１ｉｓｔｈｅｄｏｍｉｎａｔｉｎｇｄｒｉｖｅｗｈｅｎＡｔｗｏｏｄｎｕｍｂｅｒＡＴ，ｗａｖｅｕｎｕｌｂｅｒ％，ｆｔｏｗｓｈｅａｒ６ｕａｎｄｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎＭａｃｃｅｌｅｒａｌ，ｉｏｎｇｓａｒｉｓｆｙ七（１一Ａ｝）配／以Ｔ》ｇＡｓ，ＬｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｆａｃｔｏｒｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓＲＴＩａｎｄｗｈｅｎｓｔｒｏｎｇｅｎｏｕｇｈｉｔｅｖｅｎｑｕｅｎｃｈｅｓｔｈｅｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｔｏｔａｌｌｙ．ＡｓＡＴｉｎｃｒｅａｓｏｓｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｌｌｅｉｌｆａｌｌｓｄｏｗｎｉｆ（２ｋ鹾）＜９ｉｓｓａｔｉｓｆｉｅｄ，ａｌｌｄｏｔｈｅｒｗｉｓｅｉｔｒｉｓｅｓｍｏｎｏｔｏｎｉｅＭｌｙ．Ｗｈｅｎｍａｇｎｅｔｉ（．ｓｔａ¨１ｉｚｉｌｌｚｅｆｆｅｃｔｇｏｖｅｒｎｓ，Ｉ订Ｉｏｎｌｙｏｃｃｕｒｓｉｎｔｈｅｌｏｎｇｗａｖｅｒｅｇｉｏｎａｎｄｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｐｅｎｎｉｔｔｅ（ｉｂａｎｄ，０＜ｋ＜ｇＡ＇Ｉ／［境一鹾（１一Ａ；。
《2024年周期温度调制倾斜基板下粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性》范文
《周期温度调制倾斜基板下粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性》篇一周期温度调制与倾斜基板下粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性研究一、引言瑞利-泰勒不稳定性（Rayleigh-Taylor instability，简称RTI）是一种流体动力学现象，表现为重力驱动下密度差异较大的流体之间的界面出现的不稳定性。
当这一不稳定性发生在周期性温度调制和倾斜基板下的粘性液体薄膜时，其动力学行为和演化过程将变得尤为复杂。
本文旨在探讨这一现象的物理机制，并对其影响因素进行深入分析。
二、周期温度调制下的粘性液体薄膜在周期性温度调制下，粘性液体薄膜的物理性质会发生变化。
这种变化会导致薄膜内部的应力分布不均，进而可能触发瑞利-泰勒不稳定性。
此外，温度的周期性变化也会影响液体的粘度、表面张力等关键参数，进一步影响薄膜的稳定性。
三、倾斜基板对不稳定性的影响当粘性液体薄膜放置在倾斜基板上时，重力沿基板方向的分量将起到作用。
这一分量的存在将加剧界面处的扰动，使瑞利-泰勒不稳定性更加明显。
此外，基板的倾斜角度也会影响液体的流动和分布，从而影响不稳定的演化过程。
四、瑞利-泰勒不稳定性的物理机制瑞利-泰勒不稳定性是由界面处的密度差异和重力驱动的流体流动共同作用引起的。
在周期性温度调制和倾斜基板的影响下，这种不稳定性将表现出更为复杂的特性。
一方面，温度的周期性变化将导致界面处的密度分布发生变化，从而影响流体的运动；另一方面，倾斜基板将改变流体的流动方向和速度分布，进一步加剧了不稳定性。
五、实验与模拟研究为了深入研究周期温度调制和倾斜基板下的瑞利-泰勒不稳定性，我们进行了实验和模拟研究。
实验中，我们通过改变温度调制参数和基板倾斜角度，观察了不稳定的演化过程和特征。
同时，我们还利用数值模拟方法对这一现象进行了建模和仿真，以进一步验证实验结果并探索更多的影响因素。
六、结果与讨论实验和模拟结果表明，周期性温度调制和倾斜基板均会对瑞利-泰勒不稳定性产生影响。
【国家自然科学基金】_rayleigh-taylor不稳定性_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词 推荐指数 rayleigh-taylor不稳定性 3 混合现象 2 浮阻力模型 2 密度比 2 加速度历史 2 非理想流体 1 线性增长 1 瑞利-泰勒不稳定性 1 涡旋流场 1 气泡速度 1 数值模拟 1 中低纬电离层 1 不规则结构 1 上升气泡 1 spread-f发展 1 richtmyer-meshkov不稳定性 1 rayleigh-taylor(r-t)不稳定性 1
科研热词 推荐指数 1 双层kidder自相似解 1 2 内爆压缩 1 3 rayleigh-taylor不稳定性 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2011年 科研热词 推荐指数 rayleigh-taylor不稳定性 2 超声波 1 色散方程 1 脉冲防暴水炮 1 湍流混合 1 湍流模型 1 湍流产生项 1 液滴破碎 1 数值模拟 1 大涡模拟 1 不稳定破碎 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
科研热词 推荐指数 rayleigh-taylor不稳定性 2 非线性 1 阴影 1 通量管瑞利-泰勒不稳定性 1 赤道地区 1 经度变化 1 磁暴 1 磁偏角 1 瑞利-泰勒不稳定性 1 湍流混合区 1 平面靶 1 半球不对称 1 中性风 1 x射线诊断 1 x射线分幅相机 1 rt不稳定性 1 richtmyer-meshkov不稳定性 1 r-t不稳定性 1 l波段电离层闪烁 1 kb显微镜 1 kba显微镜 1 icf 1 atwood数 1
《周期温度调制倾斜基板下粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性》范文
《周期温度调制倾斜基板下粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性》篇一周期温度调制与倾斜基板下粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性研究一、引言在流体动力学的研究领域中，瑞利-泰勒不稳定性（Rayleigh-Taylor instability）是一种普遍存在的现象，它主要描述了重力作用下，较重流体与较轻流体之间的界面不稳定性。
本文将重点探讨在周期性温度调制和倾斜基板的影响下，粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性的特性和机理。
二、周期温度调制与瑞利-泰勒不稳定性的基本理论瑞利-泰勒不稳定性是流体动力学中一种重要的物理现象，其产生的主要原因是重力作用下，密度差异较大的两种流体之间的界面在微小扰动下会逐渐放大，最终导致流体的混合。
而周期性温度调制则是一种通过改变流体温度场来影响其流动特性的方法。
在周期性温度调制的作用下，粘性液体薄膜的物理性质如表面张力、粘度等都会发生变化，从而影响其瑞利-泰勒不稳定性。
三、倾斜基板对瑞利-泰勒不稳定性的影响在倾斜基板的影响下，粘性液体薄膜的流动将受到重力和基板倾斜角度的共同作用。
基板的倾斜会导致流体的流动方向和速度发生变化，从而影响瑞利-泰勒不稳定性的发展。
此外，基板的表面特性如粗糙度、润湿性等也会对流体的流动和稳定性产生影响。
四、实验设计与实施为了研究周期温度调制和倾斜基板下粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性，我们设计了一套实验装置。
该装置包括一个可调节温度的加热系统、一个可调节倾斜角度的基板以及用于观察和记录实验现象的高速摄像机。
通过改变温度和基板倾斜角度，我们可以观察和记录不同条件下的瑞利-泰勒不稳定性的发展过程。
五、实验结果与分析实验结果表明，在周期性温度调制的作用下，粘性液体薄膜的瑞利-泰勒不稳定性得到了明显的增强。
随着温度的周期性变化，流体的表面张力、粘度等物理性质也随之改变，从而加剧了界面的不稳定性。
而基板的倾斜则会使流体的流动更加复杂，使得瑞利-泰勒不稳定性的发展受到更多的影响因素。
【国家自然科学基金】_richtmyer-meshkov不稳定性_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
科研热词 推荐指数 richtmyer-meshkov不稳定性 5 反射激波 2 高速纹影法 1 非线性 1 非均匀流 1 阴影摄影法 1 球形气体界面 1 环量 1 火焰 1 气柱 1 格子boltzmann方法 1 柱形汇聚激波 1 双分布函数 1 单步反应模型 1 入射激波 1 两相流 1 不稳定性 1 vof方法 1 rm不稳定性 1 rayleigh-taylor不稳定性 1 ppm方法 1 mvppm方法 1 atwood数 1
科研热词 激波 richtmyer-meshkov不稳定性 示踪 相关方法 环量沉积 湍耗散 湍动能 流体力学 气泡 数值模拟 异质气体 大涡模拟 会聚波 亚格子尺度 richmayer-meshkov不稳定性 rayleigh-taylor不稳定性 navier-stokes方程组 level set方程 ce/se方法
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2011年 科研热词 推荐指数 richtmyer-meshkov不稳定性 3 激波管 2 高速纹影法 1 阴影方法 1 界面形状 1 激波 1 流动肥皂膜 1 流体力学 1 气体界面 1 柱状汇聚激波 1 平面激波 1 多层流体界面 1 r-m不稳定性 1 air/sf6界面 1
2014年 科研热词 推荐指数 richtmyer-meshkov不稳定性 2 肥皂膜 1 激波-气柱相互作用 1 混合 1 波系结构 1 梯形气柱 1 极小曲面 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
飞行进近中尾流的大涡数值模拟
飞行进近中尾流的大涡数值模拟徐肖豪;赵鸿盛;杨传森;王振宇【摘要】尾流间隔是增大跑道容量的主要限制因素之一,为了在保持安全水平的前提下有效地增大跑道容量,应制定安全高效的尾流间隔.对尾流流场和尾涡消散物理过程的研究,是制定准确、恰当的空中交通中尾流间隔的重要理论依据.本文用大涡模拟方法对三雏机翼简化模型的尾流场进行了数值模拟.数值模拟的来流速度、迎角和定解条件等重要参教以航空器尾流事故高发的进近阶段为依据,计算结果验证了涡核的进裂消散、涡对的连接消散和涡对的下沉现象,发现了在涡对卷起之前的不对称性和Crow关联发生后涡对消散的不对称性,并分析了其原因.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2010(042)002【总页数】6页(P179-184)【关键词】尾流间隔;数值模拟;大涡模拟;湍流【作者】徐肖豪;赵鸿盛;杨传森;王振宇【作者单位】中国民航大学空中交通管理学院,天津,300300;北京航空航天大学电子信息工程学院,北京,100191;南京航空航天大学民航学院,南京,210016;中国民航机场建设集团公司西南分公司,成都,610202【正文语种】中文【中图分类】V355当今世界各主要机场的航班延误已经成为影响航空运输发展的瓶颈,增大跑道容量可以有效地减少航班延误[1]。
而尾流间隔又是跑道容量的主要限制因素,因此制定出安全高效的尾流间隔对航空运输的发展有着重要的现实意义。
更清晰地认识尾流的物理过程和尾涡的消散原理能够为尾流间隔的缩减提供坚实的理论根据。
Kraft于1955年通过飞行实验确定发动机螺旋桨形成的涡流对后面跟进的航空器不会造成危害,但同时发现由于机翼升力导致的尾流将有可能对后机安全构成威胁[2]。
Thomas等人[3]采用数值模拟方法,对处于稳定分层的大气中,以巡航速度飞行的Boeing-747的翼尖涡进行了计算,计算结果验证了Crow[4]于1970年提出的正弦不稳定性(即Crow不稳定性)。
低密度流体界面不稳定性大涡模拟
第 ３ ３卷 第 ５期 ２ Ｏ ｌ ３年 ９ 月 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ － １ ４ ５ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ４ ８ ７ — ０ ７
爆
炸
与
冲
击
Ｖｏ １ ． ３３， Ｎ Ｏ ．５
Ｓｅ ｐ ｔ ．． ２ Ｏ１ ３
ＥＸＰＩ ０Ｓ１ ０ Ｎ Ａ Ｎ Ｄ ＳＨ ０ＣＫ Ｗ Ａ Ｖ ＥＳ
爆
炸
与
冲
、 Ｊ分别 代 表 ｚ、 Ｙ 、 等 ３个方 向 ， 相 同的 ｉ 、 Ｊ表 示 求 和 ； ｐ － ． （ 忌 一ｉ ， Ｊ ） 、 、 Ｅ分 别 为可 解 尺 度流 体 的密 度 、 速度、 压强 和质 量总 能量 ； Ｎ 是 流体种 类 ， ｙ“ 是第 种 流体 的体 积分 数且 满足 Ｙ“ 一１ ； Ｄ是 扩 散系 数 ， Ｄ— ／ ＆， Ｉ ， Ｊ 是流 体运 动黏 性 系数 ， ｓ ｃ 是施 密特 数 ； 是牛 顿流体 黏性 应力 张量 ， 且
低 密 度流 体 界 面 不 稳 定 性 大 涡 模 拟
王 涛 ， 李 平 ， 柏劲松 ， 汪 兵 ， 陶 钢
（ １ ． 中 国工 程 物 理 研 究 院 流 体 物 理 研 究 所 ， 四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ９ ９ ； ２ ． 南京理工 大学能源与动力工程学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ） 摘要 ： 采 用拉 伸 涡 亚 格 子 尺 度 应 力 模 型 对 湍 流 输 运 中的 亚 格 子 作 用项 进行 模 式 化 处 理 ， 发 展 了 适 用 于 可 压 多 介 质 黏 性 流 动 和 湍 流 的 大 涡 模 拟 方 法 和 代 码 ＭＶＦ Ｔ（ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｕ ｓ — ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ） 。 利 用 ＭＶＦ Ｔ 代 码 对 低 密 度 流 体 界 面不 稳 定 性 及 其 诱 发 的 湍 流 混 合 问题 进 行 了数 值 模 拟 。详 细 分 析 了扰 动 界 面 的发 展 ， 流
爆
炸
与
冲
击
Ｖｏ １ ． ３３， Ｎ Ｏ ．５
Ｓｅ ｐ ｔ ．． ２ Ｏ１ ３
ＥＸＰＩ ０Ｓ１ ０ Ｎ Ａ Ｎ Ｄ ＳＨ ０ＣＫ Ｗ Ａ Ｖ ＥＳ
爆
炸
与
冲
、 Ｊ分别 代 表 ｚ、 Ｙ 、 等 ３个方 向 ， 相 同的 ｉ 、 Ｊ表 示 求 和 ； ｐ － ． （ 忌 一ｉ ， Ｊ ） 、 、 Ｅ分 别 为可 解 尺 度流 体 的密 度 、 速度、 压强 和质 量总 能量 ； Ｎ 是 流体种 类 ， ｙ“ 是第 种 流体 的体 积分 数且 满足 Ｙ“ 一１ ； Ｄ是 扩 散系 数 ， Ｄ— ／ ＆， Ｉ ， Ｊ 是流 体运 动黏 性 系数 ， ｓ ｃ 是施 密特 数 ； 是牛 顿流体 黏性 应力 张量 ， 且
低 密 度流 体 界 面 不 稳 定 性 大 涡 模 拟
王 涛 ， 李 平 ， 柏劲松 ， 汪 兵 ， 陶 钢
（ １ ． 中 国工 程 物 理 研 究 院 流 体 物 理 研 究 所 ， 四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ９ ９ ； ２ ． 南京理工 大学能源与动力工程学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ） 摘要 ： 采 用拉 伸 涡 亚 格 子 尺 度 应 力 模 型 对 湍 流 输 运 中的 亚 格 子 作 用项 进行 模 式 化 处 理 ， 发 展 了 适 用 于 可 压 多 介 质 黏 性 流 动 和 湍 流 的 大 涡 模 拟 方 法 和 代 码 ＭＶＦ Ｔ（ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｕ ｓ — ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ） 。 利 用 ＭＶＦ Ｔ 代 码 对 低 密 度 流 体 界 面不 稳 定 性 及 其 诱 发 的 湍 流 混 合 问题 进 行 了数 值 模 拟 。详 细 分 析 了扰 动 界 面 的发 展 ， 流
Air／SF6界面RM不稳定性诱导的物质混合诊断
１ ｌ ０ｍｉ。实验 时通过 加 热电 阻丝 将 膜 片烧 毁 ， ｌ 由于压 力 差 向低 压 段传 播 激 波 ， 高压 段 传 播 稀 疏 向 波 ， 波运动 到 Ｓ ｅ Ａ ｒ 面时发 生反射 和透 射 。Ｓ Ａｉ界 面在激 波 冲击 下 向激 波 管尾 端 运动 ， 激 Ｆ／ ｉ界 Ｆ／ ｒ
２ 实 验 方 法
２ １ 实 验 装 置 ． 如 图 １ 示 ， 波 管 由 高 压 段 、 压 段 和 测 试 段 组 成 。 压 段 和 低 压 段 由 聚 乙烯 膜 片 相 隔 ， 所 激 低 高
＊ 基 金 项 目 ： 防科 技 工业 基 础 质 量 与 可 靠 性 科研 项 目（ １２ ０ Ｂ ０ ） 国 Ｚ １０ ９ ０ ４ 。
第 ｌ 期
２１ ０ ０年 ３月
高
能
量
密
度
物
理
ＮＯ．１ Ｍ ａ ．。２ ０ ｒ ０１
Ｈ Ｉ Ｈ ＮＥＲ Ｇ Ｙ Ｇ Ｅ ＤＥＮ Ｓ Ｔ Ｙ Ｉ ＰＨ ＹＳＩ ＣＳ
Ａｉ Ｓ ６ 面 ＲＭ 不 稳定 性 诱 导 的物 质 混 合诊 断 ｒ Ｆ 界 ／
刘金宏 ， 邹立勇 ， 黄文互 混 合 。 文 中研 究 了低 马 赫 （ ． ３ 激 波 作 用 Ａｉ Ｓ 面 Ｒ 不 稳 定 性 问 １２ ） ｒ Ｆ界 ／ Ｍ
题 。Ａ ｒ Ｓ 始界 面 由厚度 为 １ ｍ 的硝 化 纤 维 薄膜 相 隔 得 到 ， 用 阴 影 测试 ｉ Ｆ初 ／ ～２ 利
法研 究 了 Ａｉ Ｓ 面在 １ ２ ｒ Ｆ界 ／ ． ３马 赫数 激 波 冲 击 下 ， 面 混合 宽 度 随 时 间的 发 展 过 界
３ ６
高
能
量
密
度
物
理
２ 实 验 方 法
２ １ 实 验 装 置 ． 如 图 １ 示 ， 波 管 由 高 压 段 、 压 段 和 测 试 段 组 成 。 压 段 和 低 压 段 由 聚 乙烯 膜 片 相 隔 ， 所 激 低 高
＊ 基 金 项 目 ： 防科 技 工业 基 础 质 量 与 可 靠 性 科研 项 目（ １２ ０ Ｂ ０ ） 国 Ｚ １０ ９ ０ ４ 。
第 ｌ 期
２１ ０ ０年 ３月
高
能
量
密
度
物
理
ＮＯ．１ Ｍ ａ ．。２ ０ ｒ ０１
Ｈ Ｉ Ｈ ＮＥＲ Ｇ Ｙ Ｇ Ｅ ＤＥＮ Ｓ Ｔ Ｙ Ｉ ＰＨ ＹＳＩ ＣＳ
Ａｉ Ｓ ６ 面 ＲＭ 不 稳定 性 诱 导 的物 质 混 合诊 断 ｒ Ｆ 界 ／
刘金宏 ， 邹立勇 ， 黄文互 混 合 。 文 中研 究 了低 马 赫 （ ． ３ 激 波 作 用 Ａｉ Ｓ 面 Ｒ 不 稳 定 性 问 １２ ） ｒ Ｆ界 ／ Ｍ
题 。Ａ ｒ Ｓ 始界 面 由厚度 为 １ ｍ 的硝 化 纤 维 薄膜 相 隔 得 到 ， 用 阴 影 测试 ｉ Ｆ初 ／ ～２ 利
法研 究 了 Ａｉ Ｓ 面在 １ ２ ｒ Ｆ界 ／ ． ３马 赫数 激 波 冲 击 下 ， 面 混合 宽 度 随 时 间的 发 展 过 界
３ ６
高
能
量
密
度
物
理
旋转磁场驱动的磁—瑞利—泰勒不稳定性研究
旋转磁场驱动的磁—瑞利—泰勒不稳定性研究早期的聚变研究中的平衡Z箍缩,由于不可避免地要出现交换/准交换模(k·B =/≈0)不稳定性,难以成为一种可能的磁约束聚变系统。
避免这种不稳定性的一种途径是放弃柱形几何位形,这导致多年来聚变界对Z箍缩失去兴趣,而转向了托卡马克构型。
最近随着百纳秒快脉冲功率技术的发展和动态Z箍缩的出现,聚变界对Z箍缩重新焕发了兴趣。
在动态Z箍缩系统中,等离子体柱在磁压的驱动下内爆,不可避免地要出现磁-瑞利-泰勒(,magneto-Rayleigh-Taylor,MRT)不稳定性。
MRIT不稳定模式与其他不稳定模式一起发展,但MRT不稳定的增长率要比其他模式快得多,它是破坏Z箍缩对称性的最严重的影响因素,因此研究MRT不稳定性,进而找到抑制其发展的技术方案,对于动态Z箍缩的任何遮用丽成都是十分重要的。
本文在MRT不稳定性研究的基础—上,提出了采用方向时变(旋转)的驱动磁场来抑制动态Z箍缩的MRT不稳定性,分别在有限厚度平板和柱形套筒位形中,研究了旋转驱动磁场对MRT不稳定性的抑制机理和物理图像,得到的主要结论有:(1)在平板位形中,旋转磁场驱动的所有模式均得到明显抑制,增长率均低于(磁场不旋转的)经典值;(2)在套筒位形中,优化的交替O-Z箍缩的主导模式末态时的最大e倍数明显远低于标准O箍缩或Z箍缩的:(3)磁场方向旋转是一种独立于有限厚度的效应,磁场方向旋转的频率、套筒的。
厚度均具有单调的抑制作用,它们的协同作用会增强抑制效果;(4)有限厚度效应仅在磁场方向时变时呈现,在标准O箍缩Z箍缩中则无体现;(5)另外嵌套O-Z箍缩构型也有很好的稳定性,由于MRT不稳定性得到非常好的抑制,交待/嵌套O-Z箍缩构型具有应用于O-Z箍缩袞筒惯性覆聚变(Theta-Z-LIF)的潜力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
引言
流体力学不稳定性对内爆具有很大威胁，会导致不同物 质的混合，推进层破裂，甚至点火失败 。
重流体和轻流体的交界面 上会发生Rayleigh-Taylor 不 稳 定 性 。 在 ICF 中 则 发 生在内爆的烧蚀阶段和压 缩到心的阻滞阶段。
6
7中科院基础等离子体物理重点实验室
引言
当 冲 击 波 越 过 不 同 物 质 界 面 时 可 以 发 生 RichtmyerMeshkov不稳定性。在ICF中也发生在内爆压缩阶段。
ω ρ ρ ρ ρ = k ( u + u ) /( + ) If a sharp interface exists at
r
− y−
+ y+
−
+
γ
= [gkAT
+
k
2δ
2 u
(1
−
AT2
)
−
k
2
v
2 ra
]1/ 2
此处 AT = (ρ− − ρ+ ) /(ρ− + ρ+ )
δu =| u y+ − u y− | / 2
2u
2 A
/
⎤
ω⎥⎦
⎡ ρ1
⎢⎣u1z
⎤ ⎥ ⎦
=
0
可直接从上面的方程得到色散关系
γ (γ + u0 ' )2 + k 2uA2 (γ + u0 ' ) − (u0'u0 + g)s−1γ = 0
23
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT 不稳定性的增长率
可以直接从色散关系得到增长率的表达式
γ
=
−
2 3
u0 '−
If a
3s(b
2 a 1/ 3
sharp interface exists at
+ 4a3 + b2
)1/ 3
+
3
×
1 21/ 3
s
(b
+
4a3 + b2 )1/ 3
a
=
3gs
−
u0 '2
s2
−
3u0u0 ' s
+
3k
2u
2 A
s
2
b = −18u0 ' gs2 + 2u0 '3 s3 − 18u0u0 '2 s2 − 9u0 ' k 2uA2 s3
B1 = exB1x ( y, z, t) + e yB1y ( y, z, t) + ezB1z ( y, z, t)
这里 f1( y, z,t) = f (z) exp(iky − iωt)
14
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性的示意图
15
1中科院基础等离子体物理重点实验室
模方程
如果 u0 ' < 0
γ > −u0 '
VA2 = 16 ×1010 m2 / s2
u0z = 103 m/s ρ0 / ρ '0 = 10μm
u'0z = −108 / s g = 1013 m/s2
26
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性随密度阶跃的变化
密度长度越短的模，磁 场的稳定效应越明显。
∂u1z ∂z
⎞ ⎟⎠
−
k
2
ρ0u1z
⎤ ⎥⎦
−
k
2
k 2 B02y
μ0
u1z
+
∂ ∂z
⎛ ⎜⎜⎝
k 2 B02y
μ0
∂u1z ∂z
⎞ ⎟⎟⎠ − k 2
∂ ∂t
⎡⎣ ρ1Δuδ
(t )⎤⎦
=0
∂2 ∂t 2
⎡ ⎣⎢
∂ ∂z
⎛ ⎝⎜
ρ0
∂ξ
∂z
⎞ ⎠⎟
−
k
2
ρ0ξ
⎤ ⎦⎥
−
k
2
k 2 B02yμ0ξv ra=
[(
B
2 y−
+
By2+ ) /(μ(ρ−
+
ρ+ ))]1/ 2
17
k = 1.0
1中科院基础等离子体物理重点实验室
磁场对RT不稳定性的影响
磁场可以抑制瑞利－泰勒不稳定性
∂γ / ∂vra = −k 2vra /γ < 0 If a sharp interface exists at
引言
惯性约束聚变(ICF)的四个阶段
激光辐射
强激光束快速加热氘 氚靶丸表面，形成一 个等离子体烧蚀层。
内爆压缩
靶丸表面热物质向外 喷发，反向压缩燃料 。
聚变点火 通过向心聚爆过程， 氘氚核燃料达到高温 、高密度状态。
5
聚变燃烧
热核燃烧在被压缩燃 料内部曼延，产生数 倍的能量增益。
1中科院基础等离子体物理重点实验室
u'0z = −108 / s
ρ0 / ρ '0 = 10μm
g = 1013 m/s2
25
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性增长率随波数的变化
磁场的稳定效应对短波 模更明显。
∂γ
∂k
=
− 2γ (γ
+
u0
'
)ku
2 A
2γ 2 (γ + u0 ' ) − k 2uA2u0 '
<0
稳Jx1定By0效对应重来力源的于抵L抗or。entz力
v ra
>
vT
= [(1 −
AT2
)δ
2 u
+
gAT
/ k ]1/ 2
γ =0
18
k = 1.0 AT = 0.5 δu = 1.0
k = 1.0
1中科院基础等离子体物理重点实验室
剪切流对RT不稳定性的影响
剪切流可以增强瑞利－泰勒不稳定性
10
1中科院基础等离子体物理重点实验室
理想 MHD 方程组
∂ρ + ∇ ⋅ (ρu) = 0
∂t ρ du = −∇p + J × B − ρg
dt ∂B = −∇ × E ∂t E+ u×B = 0
J = μ −1∇ × B
11
1中科院基础等离子体物理重点实验室
线性化的理想 MHD 方程组
∂ρ1
13
1中科院基础等离子体物理重点实验室
物理模型
考虑平衡时的流体为
u0 = u0x (z)e x + u0 y (z)e y ρ0 = ρ0 (z) B0 = B0x (z)ex + B0 y (z)e y
假定速度和磁场的扰动形式为
u1 = exu1x (k, z,t) + e yu1y (k, z, t) + ezu1z (k, z,t)
B1 = B1ze z
此处 f1( y,t) = f exp(iky − iωt)
22
1中科院基础等离子体物理重点实验室
模方程和色散关系
关于扰动速度的线性化方程（1）-（5）可以合并成一 个二阶微分方程
⎡ − iω + u0 ' ⎢⎣(u0 'u0 + g) / ρ0
−
iω
+
ρ0'
u0 '+ik
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性随着波数的变化
∂γ
/
∂k
= [gAT
/
2
+
k
(δ
2 u
(1
−
AT2 )
−
vr2a )]/ γ
当剪切流的退稳效应占主导 时，增长率单调增。
Δ
≡
vr2a
−
δ
2 u
(1
−
AT2 )
<
0
否则，增长率先增后减。
20
AT = 0.5 vra = 1.0
1中科院基础等离子体物理重点实验室
人们对非线性RT不稳定性的理解还远远不够，对存在剪 切流、烧蚀和磁场时RT不稳定性的演化也理解不够。
8
1中科院基础等离子体物理重点实验室
引言
RT不稳定性的增长率通常被写成 ,
这里 α 和 β 都不是普适的常数。
γ = α kg /(1 + kL0 ) − βkVa
9
1中科院基础等离子体物理重点实验室
⎟⎟⎠⎞
W. L. Zhang, D. Li, PoP, 12, 042106 (2005).
16
1中科院基础等离子体物理重点实验室
色散关系和增长率
对于锐边界上的积分给出：
ρ+ (ω − kuy+ )2 + ρ− (ω − kuy− )2 = −kg(ρ+ − ρ− ) + k 2 (By2− + By2+ ) / μ
∂t
+
∇ ⋅ (ρ0u1
+
ρ1u0 )
=
0
(1)
ρ0
du1 dt
=
−∇p1
+
J1
× B0
+
J0
× B1
−
ρ1g
(2)
∂B1 ∂t
=
−∇ × E1
(3)
E1 + u0 × B1 + u1 × B0 = 0
(4)
流体力学不稳定性对内爆具有很大威胁，会导致不同物 质的混合，推进层破裂，甚至点火失败 。
重流体和轻流体的交界面 上会发生Rayleigh-Taylor 不 稳 定 性 。 在 ICF 中 则 发 生在内爆的烧蚀阶段和压 缩到心的阻滞阶段。
6
7中科院基础等离子体物理重点实验室
引言
当 冲 击 波 越 过 不 同 物 质 界 面 时 可 以 发 生 RichtmyerMeshkov不稳定性。在ICF中也发生在内爆压缩阶段。
ω ρ ρ ρ ρ = k ( u + u ) /( + ) If a sharp interface exists at
r
− y−
+ y+
−
+
γ
= [gkAT
+
k
2δ
2 u
(1
−
AT2
)
−
k
2
v
2 ra
]1/ 2
此处 AT = (ρ− − ρ+ ) /(ρ− + ρ+ )
δu =| u y+ − u y− | / 2
2u
2 A
/
⎤
ω⎥⎦
⎡ ρ1
⎢⎣u1z
⎤ ⎥ ⎦
=
0
可直接从上面的方程得到色散关系
γ (γ + u0 ' )2 + k 2uA2 (γ + u0 ' ) − (u0'u0 + g)s−1γ = 0
23
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT 不稳定性的增长率
可以直接从色散关系得到增长率的表达式
γ
=
−
2 3
u0 '−
If a
3s(b
2 a 1/ 3
sharp interface exists at
+ 4a3 + b2
)1/ 3
+
3
×
1 21/ 3
s
(b
+
4a3 + b2 )1/ 3
a
=
3gs
−
u0 '2
s2
−
3u0u0 ' s
+
3k
2u
2 A
s
2
b = −18u0 ' gs2 + 2u0 '3 s3 − 18u0u0 '2 s2 − 9u0 ' k 2uA2 s3
B1 = exB1x ( y, z, t) + e yB1y ( y, z, t) + ezB1z ( y, z, t)
这里 f1( y, z,t) = f (z) exp(iky − iωt)
14
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性的示意图
15
1中科院基础等离子体物理重点实验室
模方程
如果 u0 ' < 0
γ > −u0 '
VA2 = 16 ×1010 m2 / s2
u0z = 103 m/s ρ0 / ρ '0 = 10μm
u'0z = −108 / s g = 1013 m/s2
26
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性随密度阶跃的变化
密度长度越短的模，磁 场的稳定效应越明显。
∂u1z ∂z
⎞ ⎟⎠
−
k
2
ρ0u1z
⎤ ⎥⎦
−
k
2
k 2 B02y
μ0
u1z
+
∂ ∂z
⎛ ⎜⎜⎝
k 2 B02y
μ0
∂u1z ∂z
⎞ ⎟⎟⎠ − k 2
∂ ∂t
⎡⎣ ρ1Δuδ
(t )⎤⎦
=0
∂2 ∂t 2
⎡ ⎣⎢
∂ ∂z
⎛ ⎝⎜
ρ0
∂ξ
∂z
⎞ ⎠⎟
−
k
2
ρ0ξ
⎤ ⎦⎥
−
k
2
k 2 B02yμ0ξv ra=
[(
B
2 y−
+
By2+ ) /(μ(ρ−
+
ρ+ ))]1/ 2
17
k = 1.0
1中科院基础等离子体物理重点实验室
磁场对RT不稳定性的影响
磁场可以抑制瑞利－泰勒不稳定性
∂γ / ∂vra = −k 2vra /γ < 0 If a sharp interface exists at
引言
惯性约束聚变(ICF)的四个阶段
激光辐射
强激光束快速加热氘 氚靶丸表面，形成一 个等离子体烧蚀层。
内爆压缩
靶丸表面热物质向外 喷发，反向压缩燃料 。
聚变点火 通过向心聚爆过程， 氘氚核燃料达到高温 、高密度状态。
5
聚变燃烧
热核燃烧在被压缩燃 料内部曼延，产生数 倍的能量增益。
1中科院基础等离子体物理重点实验室
u'0z = −108 / s
ρ0 / ρ '0 = 10μm
g = 1013 m/s2
25
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性增长率随波数的变化
磁场的稳定效应对短波 模更明显。
∂γ
∂k
=
− 2γ (γ
+
u0
'
)ku
2 A
2γ 2 (γ + u0 ' ) − k 2uA2u0 '
<0
稳Jx1定By0效对应重来力源的于抵L抗or。entz力
v ra
>
vT
= [(1 −
AT2
)δ
2 u
+
gAT
/ k ]1/ 2
γ =0
18
k = 1.0 AT = 0.5 δu = 1.0
k = 1.0
1中科院基础等离子体物理重点实验室
剪切流对RT不稳定性的影响
剪切流可以增强瑞利－泰勒不稳定性
10
1中科院基础等离子体物理重点实验室
理想 MHD 方程组
∂ρ + ∇ ⋅ (ρu) = 0
∂t ρ du = −∇p + J × B − ρg
dt ∂B = −∇ × E ∂t E+ u×B = 0
J = μ −1∇ × B
11
1中科院基础等离子体物理重点实验室
线性化的理想 MHD 方程组
∂ρ1
13
1中科院基础等离子体物理重点实验室
物理模型
考虑平衡时的流体为
u0 = u0x (z)e x + u0 y (z)e y ρ0 = ρ0 (z) B0 = B0x (z)ex + B0 y (z)e y
假定速度和磁场的扰动形式为
u1 = exu1x (k, z,t) + e yu1y (k, z, t) + ezu1z (k, z,t)
B1 = B1ze z
此处 f1( y,t) = f exp(iky − iωt)
22
1中科院基础等离子体物理重点实验室
模方程和色散关系
关于扰动速度的线性化方程（1）-（5）可以合并成一 个二阶微分方程
⎡ − iω + u0 ' ⎢⎣(u0 'u0 + g) / ρ0
−
iω
+
ρ0'
u0 '+ik
1中科院基础等离子体物理重点实验室
RT不稳定性随着波数的变化
∂γ
/
∂k
= [gAT
/
2
+
k
(δ
2 u
(1
−
AT2 )
−
vr2a )]/ γ
当剪切流的退稳效应占主导 时，增长率单调增。
Δ
≡
vr2a
−
δ
2 u
(1
−
AT2 )
<
0
否则，增长率先增后减。
20
AT = 0.5 vra = 1.0
1中科院基础等离子体物理重点实验室
人们对非线性RT不稳定性的理解还远远不够，对存在剪 切流、烧蚀和磁场时RT不稳定性的演化也理解不够。
8
1中科院基础等离子体物理重点实验室
引言
RT不稳定性的增长率通常被写成 ,
这里 α 和 β 都不是普适的常数。
γ = α kg /(1 + kL0 ) − βkVa
9
1中科院基础等离子体物理重点实验室
⎟⎟⎠⎞
W. L. Zhang, D. Li, PoP, 12, 042106 (2005).
16
1中科院基础等离子体物理重点实验室
色散关系和增长率
对于锐边界上的积分给出：
ρ+ (ω − kuy+ )2 + ρ− (ω − kuy− )2 = −kg(ρ+ − ρ− ) + k 2 (By2− + By2+ ) / μ
∂t
+
∇ ⋅ (ρ0u1
+
ρ1u0 )
=
0
(1)
ρ0
du1 dt
=
−∇p1
+
J1
× B0
+
J0
× B1
−
ρ1g
(2)
∂B1 ∂t
=
−∇ × E1
(3)
E1 + u0 × B1 + u1 × B0 = 0
(4)