平面激波与V形air/SF_6肥皂膜界面相互作用的研究

本文采用实验和数值方法研究了激波与V形air/SF6界面相互作用的Richtmyer-Meshkov不稳定性问题.实验采用细线约束肥皂膜技术形成顶角分别为120°和60°的V形界面,并采用高速纹影法获得了界面的演变过程.同时采用VAS2D程序对该过程进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比,获得了较好的一致性,验证了界面形成方法的可行性.结果表明,该种方法能够生成清晰的V形界面.对比两组结果发现,激波作用过程中的波系结构相似,界面边界及顶点处均有涡结构产生.但由于不同角度界面上斜压性不同,产生的涡量幅度不同,进而诱导界面产生不同的演变速度.定量测量了界面长度随时间的变化,发现归一化的界面长度演变规律是一致的,而涡心距的变化却呈现出较大的不同,表明不同角度的界面对不稳定性的发展有一定影响.     

不同强度平面激波冲击下正方形air/SF_6界面演化的数值研究

本文采用VAS2D数值研究了两种强度平面激波(Ma=1.18,2.50)与air/SF6/air正方形界面作用后的RM不稳定性发展,重点考察流场可压缩性对界面不稳定性发展的影响.波系结构分析表明,激波强度不同会导致复杂的激波-激波干扰发生的位置不同,从而对界面形态,尤其是射流结构的产生有重要影响.低马赫数下复杂激波-激波干扰发生在界面内部,诱导向外射流结构的产生;而高马赫数下复杂激波-激波干扰发生在界面外部,诱导向内射流结构的产生.同时,高马赫数下复杂的激波反射折射对界面发展有着重要的影响,诱导多个射流结构的产生.随着入射激波强度增大,可压缩效应明显增强,界面上产生涡量大小和分布有所不同.强激波的冲击使得界面上累积更多的涡量,涡结构增长迅速,同时也观测到滑移面上有明显的涡量产生,表明滑移面两侧流体的运动速度有较大差异.强激波的压缩使得界面获得较高的运动速度,界面宽度和高度同样具有较大的变化率.此外,强激波的冲击会导致两种气体之间混合速率增大,极大地增强了气体之间的混合.定性和定量结果表明,可压缩性对流场的波系结构以及界面形态都有着重要的影响.     

平面激波冲击柱形气体界面的实验研究

采用高速纹影法实验研究了马赫数为1.2的平面激波冲击下柱形气体界面的演变发展过程.采用环约束的方法,利用肥皂膜技术形成了柱形界面.在单次实验中得到了平面激波与柱形界面作用的全过程,观测了波系发展以及气体界面的演化.结果表明,在激波冲击下SF6气柱下游界面会产生射流结构并最终发展成蘑菇形状;而氦气气柱受到激波冲击后会出现反相,上游界面发展出射流结构并穿透下游界面,最终界面发展成两个独立的涡结构.通过测量比较界面尺寸的变化,可以较清楚地了解界面变形的物理规律.最后将SF6气柱实验中获得的激波和气体界面的速度与一维气体动力学预测结果进行比较,吻合较好,从而验证了环约束方法在Richtmyer-Meshkov不稳定性实验研究中形成气体界面的可行性.     

Richtmyer-Meshkov不稳定的双椭圆气柱相互作用的PIV研究

激波冲击双气柱既包含了激波与界面的相互作用又包含了界面之间的相互作用,是探索实际应用中Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性演化的很好的桥梁.利用高分辨率的粒子图像测速(PIV)技术获得了4种不同初始中心间距的双椭圆气柱在平面激波冲击下的速度场、涡量场和环量,定量表征了界面相互作用对RM不稳定性演化的影响.界面相互作用较弱时,双椭圆气柱的演化由两对涡对结构主导,内涡弱于外涡,且随着中心间距的减小内涡的弱化愈加显著;界面相互作用较强时,双椭圆气柱演化模式发生转变,内涡消失,只由一对涡对结构主导,外涡随中心间距的减小而增强.界面相互作用导致双椭圆气柱的演化行为与单椭圆气柱的演化行为不同,典型的特征是内涡的削弱及涡对结构的旋转运动.双椭圆气柱演化行为与双圆气柱演化行为也存在差别,表现为强界面相互作用时外涡随中心间距的减小而增强.     

激波-波纹壁反射中滑移线失稳现象的数值研究

激波诱导的流动失稳与湍流混合,在天体物理、惯性约束核聚变等领域有重要的研究价值.本文利用气体动理学方法对平面激波在波纹壁处的反射现象进行了直接数值模拟,精确捕捉了不同入射波马赫数及不同波纹壁外形时激波波系及多尺度流动结构的时间演化.由于波纹壁的扰动,反射波波前自发形成了横向运动的三波点,其运动轨迹在波后形成了典型的"胞格状"结构.其中,三波点脱落出的滑移线,在横向波系的斜压涡作用下产生多尺度涡结构,其作用机理既包含Richtmyer-Meshkov失稳,又有Kelvin-Helmholtz失稳.对于此类激波诱导的滑移线失稳,本文结合涡动力学进行了失稳特性的分析,为后续研究湍流混合的形成与发展提供参考.     

反射激波诱导界面不稳定性研究进展

运动激波与流体界面相互作用能够引起复杂的流动现象,包括激波反射折射、界面失稳以及湍流混合等,在自然界和工程实际中具有重要的应用价值和研究意义.入射激波冲击之后,初始界面上的扰动在斜压涡量和压力扰动等机制下经历线性和非线性增长,界面形态不断发生变化;当反射激波再次冲击变形的界面时,涡量的产生及输运将改变界面不稳定性的演化过程,产生不同的物理现象和规律.由于反射激波的生成及控制比单次激波要更加复杂,开展与之相关的界面不稳定性研究工作具有极大的挑战性.本文回顾了近年来学者们在反射激波诱导界面失稳和湍流混合方面取得的实验、数值和理论研究进展,重点从平面和汇聚两种典型的初始激波形状出发,讨论了界面形状、激波强度、反射距离等初始条件对反射激波再次作用下界面不稳定性的影响规律,并进一步展望今后的研究重点和方向.     

两种多介质流体可压缩流动界面捕捉方法的数值研究

本文比较研究两种多介质流体可压缩流动界面捕捉方法。其中混合模型界面捕捉方法将高精度PPM格式应用到多介质体积分数形式Euler方程组，用双波近似求解一般刚性气体状态方程Riemann问题；Level-Set界面捕捉方法应用无数值耗散的Ghost-Fluid-Method，并用WENO格式求解Euler运动方程和Level-Set演化方程。本文给出了一维气液接触间断，气液Riemann问题，激波接触间断相互作用，以及二维Richtmyer-Meshkov不稳定性的计算结果。     

Richtmyer-Meshkov不稳定性的格子Boltzmann数值模拟

为了探寻研究Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性的新方法,采用耦合双分布函数格子Boltzmann方法(LBM),对激波作用下两种不同密度流体交界面的演化过程进行了数值模拟研究,着重讨论了RM不稳定性的行程和演化特征,给出了交界面的扰动增长率的变化规律,同时还研究了激波强度对扰动振幅的影响.结果表明:由于受RM不稳定性的影响,两种不同密度流体的交界面上,重流体演化成尖顶结构,而轻流体演化成气泡结构,最终由于斜压效应重流体的尖顶转变成蘑菇头形状;交界面扰动增长率与Zhang-Sohn模型较吻合;激波强度越大,扰动振幅增长率越高.研究表明所提的方法可以用于RM不稳定性的研究,有望成为两相流研究的新途径.     

冲击波加速矩形界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性大涡模拟

在可压缩多介质黏性流体动力学计算方法MVPPM（multi-viscous-fluid piecewise parabolic method）基础上,发展了适用于可压缩多介质黏性流体和湍流的并行大涡模拟LES（large-eddy simulation）算法和代码MVFT（multi-viscous-fluid and turbulence）,并用于求解多介质的可压缩N—S（Navier-Stokes）方程组．大涡模拟中采用亚格子尺度SGS（subgrid-scale）应力模型来模拟不可解尺度运动对大尺度运动的影响．利用MVFT代码对平面冲击波加速作用下矩形SF6块体运动的Richtmyer-Meshkov不稳定性实验进行了细致的数值模拟．数值模拟得到的SF6块体演化图像和实验图像符合很好,同时数值模拟再现了SF6块体复杂的发展过程——翻滚的状态发展．对表征SF6块体尺度的几何量也进行了详细的比较,数值模拟结果和实验结果一致性也很好,而且定量地给出了SF6块体的发展规律．采用三种SGS模型模拟得到的SF6块体右界面最大位置在后期有明显差异,这是因为在冲击波作用下右界面发展比较复杂,而且不同的SGS模型,耗散也不同．另外。对SGS湍耗散、分子黏性耗散和SGS湍动能进行了研究和分析,它们都和大尺度的涡结构有相似的分布．SGS湍耗散比分子黏性耗散大得多,而Vreman模型的SGS湍耗散比Smagorinsky模型的小．总体上,采用VremanSGS模型的数值模拟结果比Smagorinsky SGS模型和动力黏性要好．最后对SF6块体界面上涡和环量沉积进行了研究．     

广义Richtmyer-Meshkov不稳定性研究进展

Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性广泛存在于学术界和工程应用的诸多领域,具有重要的研究背景和意义.过去的研究大多局限于均匀激波冲击初始扰动界面诱导的经典RM不稳定性情形.近年来,非均匀扰动激波冲击物质界面诱导的广义RM不稳定性方向,受到了学术界的关注,其实验研究和数值模拟等方面取得了许多进展.本文回顾了广义RM不稳定性研究方法的发展过程,总结介绍了三种实验方法和三套数值模拟程序,对比展示了这些方法及程序在广义RM不稳定性研究方面获得的图像结果和深入分析,具体包括平面和汇聚两种几何构型下,界面演化的激波形状、激波强度、界面密度比等多种效应,以及在演化机理和理论模型方面取得的进展.针对目前研究的局限性,本文提出了未来研究的重要方向:广义RM演化晚期湍流混合与经典RM晚期的异同、极端条件下实验、先进诊断技术、理论计算和内在物理机制.     

畸形波生成的一种非线性机理分析

根据畸形波的非线性特点,采用控制深水波列演化的四阶修正非线性薛定谔方程,基于波列演化的边带不稳定性,研究了边带扰动条件下畸形波的生成与复波包谱的变化,并进一步详细分析了满足边带不稳定条件时,扰动频带宽度、初始扰动振幅、波陡及非线性阶数对边带不稳定性的发展和畸形波生成的影响。结果表明,载波能量向与之频率较近的不稳定边带快速转移,可引起波列在局部迅速增长而生成畸形波,因此该能量转移特性是边带不稳定性导致畸形波生成的一个根本原因。     

畸形波数值模拟的一个有效模型

基于控制深水复波包演化的修正的四阶非线性薛定谔方程和离散时间步长的伪谱方法,建立了畸形波生成的数值模型,模拟了边带扰动初始条件下满足边带不稳定性条件时波列的演化,统计了演化过程中生成的畸形波,并对该过程中谱成分能量的变化进行了分析.结果表明,采用该模型可以有效地模拟畸形波的生成,边带不稳定性是畸形波生成的一个可能原因,而且多对不稳定边带的相互作用增加了畸形波生成的概率.     

绕射激波和反射激波冲击下的Richtmyer-Meshkov不稳定性

利用高速纹影和平面片光测试技术,实验研究低马赫数入射激波绕圆柱体后冲击N2/SF6平面界面,以及来自固壁的反射激波再冲击过程的R-M不稳定性特征.在竖直激波管采用重气体尾部充入,轻气体上部充入,狭缝流出的方式,在实验段狭缝处生成准静止稳定的N2/SF6平面界面.激波与圆柱作用后的流场是复杂的,包括初始的入射波、弯曲反射波、马赫波、由马赫反射产生的滑移线.研究这些复杂流场对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.与平面激波作用不同的是,在柱体绕射后的激波冲击下,界面会生成局部扰动.实验结果显示,入射激波作用下界面宽度增长缓慢,而反射激波再冲击后,局部扰动会产生大的"尖钉"和"气泡"结构;反射激波与边界层相互作用产生壁面涡,会加剧湍流混合区的增长;来自尾部固壁的反射稀疏波会再次加剧湍流混合区的增长.     

IPv6技术与中国下一代互联网发展

对下一代网络的核心技术IPv6进行了分析,讨论了IPv6的特点和优势,在IPv6中,所有的零和所有的数字对于任何领域都是合法的,特别定义的除外,前缀可以包含零值字段或以零结尾。所有类型的IPv6地址都被指派给接口而不是节点,一个IPv6单播地址对应一个接口,每一个接口属于单一的一个节点,那些节点接口单播地址中的任何一个都可以用来作为对这个节点的一个标识。IPv6将会在下一代网络中扮演一个重要角色,论述了IPv6在我国的发展现状和重要意义。     

聚合物共挤成型的黏性包围和界面不稳定现象

聚合物共挤成型中的黏性包围和层间界面不稳定现象是制约其发展的两大技术难题。本文详细介绍了黏性包围及界面不稳定现象的定义、特点及对制品性能质量的影响,综述并总结了这些现象形成和演变的机理,相关研究表明：黏性包围现象可用＂最小黏性耗散＂原理和＂二次流动＂理论解释,而引起界面不稳定的主要原因则是界面剪切应力过大。最后,从机理研究和工艺创新方面,对共挤成型今后的研究做了展望。     

高压喷射雾化液滴的二次破碎机理

采用射流界面不稳定扰动波雾化分裂理论,分析了单液滴在空气中以极高的速度运动过程中,由于液滴所受内外作用力的不平衡边界条件所产生的表面扰动;建立了液滴二次破碎色散方程,给出了单液滴在扰动波作用下发生二次破碎的最快增长率和相应的最不稳定波长,以及破碎时间和稳定液滴直径;分析了液体粘性、液滴速度对高速运动液滴不稳定性的影响,对液滴雾化机理进行了理论探讨.仿真表明:由作用于高速运动液滴表面的不平衡力,使得液滴界面产生变形加速度,这是导致液滴表面不稳定而进一步分裂的内在动因;粘性对扰动波发展有抑制作用,气液界面运动加速度是控制液滴破碎的重要因素.     

含弱界面的复合材料层合板对水平剪切波的散射

对含有弱界面的复合材料层合板,采用弱连接界面的剪切弹簧模型,借助波函数法研究了水平剪切波入射时层合板对波的散射,得到了解析结果.数值计算结果表明,弱界面处在不同位置时,对以一定角度入射到复合材料层合板的水平剪切波,其反射和透射系数有明显变化;当层合板中弱界面的力学性能参数强弱不同时,以入射角为变量所得到的透射系数和反射系数曲线呈现出明显差异.证明了根据含弱界面复合材料层合板所得到的水平剪切波的散射规律,不仅能够确定反映弱界面力学性质的参数R的大小,而且还能够判明弱界面所在的位置,这将为复合材料层合板中弱界面的超声无损检测提供依据.     

激光热弹激励流-固界面波声场的数值模拟

利用热弹体运动方程和热传导方程耦合问题的变换域解,求解其极点留数的解析表达式.通过数值求根方法,得出铁-水、铝-水、铁-空气、铝-空气这4种流-固界面波的速度值,从而得到4种界面各界波相应的极点留数值.用快速傅立叶变换(FFT)技术得到脉冲激光线源热弹激励时流-固界面波瞬态位移波形.计算结果表明,这2种界面波不但存在于液-固界面,而且存在于气-固界面,但这2种流-固界面上波成分的相对幅度、脉冲持续时间不同.     

瞬变电磁波测井三轴感应响应特征

瞬变电磁波测井的关键在于对不同界面的探测与识别,为提高仪器的灵敏度和探测距离,采用时间域瞬变电磁方法,模拟高精度三轴测井装置下的瞬变电磁波响应.结果表明:地层距离接收线圈越远,则异常出现的时间越晚,对异常的探测越不敏感;异常场的响应分析表明时间域远探测距离可达50 m左右;同时,瞬变电磁波测井响应对线圈的收发距并不敏感,因此可以采用较短的仪器长度达到频率域较长仪器才能做到的远探;瞬变电磁波遇到高阻层时传播速度加快,识别油-水层界面的能力增强可见瞬变电磁波测井拓展了薄层敏感性测井资料在储层评价方面的应用,对于电磁波测井领域的发展意义重大.     

The study on the relationship between breakup modes and gas-liquid interfaces

Based on the linear instability analysis, the study on the relationship between breakup modes and gas-liquid Interfaces of a viscous annular liquid jet moving in two swirling gas streams has been carried out. From the numerical results of the dispersion equation, the relevancy of the breakup mode between an annular liquid jet and two liquid jets of limiting cases, namely the cylindrical liquid jet and hollow gas jet, as well as the effects of injecting factors on the instability of an annular liquid jet, is studied in detail. Considering the effects of inner and outer interface radii on the instability of the jet, it is proved that the pars-sinuous mode mainly relates to the inner interface, whereas the pars-varicose mode mainly relates to the outer interface. The results also indicate that all the forces produced by liquid jet have similar impacts on either the instability of pars-sinuous mode or pars-varicose mode due to the fact that they can affect both inner and outer gas-liquid interfaces. On the other hand, all the forces exerting only on the inner interface have more powerful effects on the instability of pars-sinuous mode, and all the forces exerting only on the outer interface have more powerful effects on the instability of pars-varicose mode. That is to say, the effects of forces are weakened greatly when penetrating the liquid jet.