黏性应力对液体扩张抛撒影响的实验研究

利用组合式激波管和高速摄影机,获得不同工况的气液界面不稳定性发展直至发生首次破碎的高速摄影照片。实验结果表明,RT不稳定性和RM不稳定性均随时间增长。在扰动波发展的过程中,两相混合区中气泡的前缘基本保持圆形,而尖钉的头部在发展过程中有雾化的迹象。由于黏性的存在,不稳定性的发展将受到抑制,且随着黏性系数的增大,扰动波的增长系数随之减小。     

多参数耦合的射流过程不稳定性数学模型

基于线性不稳定性理论,针对可压缩无黏气体介质中的可压缩黏性液体圆柱形射流过程的不稳定性,建立了多参数耦合数学模型,得到了具有普遍形式的射流扰动控制方程的分析解以及描述射流自由表面三维扰动发展的色散关系,最后给出了色散关系的数值求解方法。     

柱形容器中理想流体双频驱动Faraday界面波的不稳定性

在普遍的柱形容器中,利用分离变量法求解Laplace方程和线性化的边界条件,得到了包括表面张力影响的双频驱动Faraday界面波的振幅方程.利用双层单频黏性流体的阻尼系数对该振幅方程进行修正.然后利用多尺度时间展开法分析了新的振幅方程的不稳定性.通过方程求解,给出不同驱动频率、驱动振幅、相位差、表面张力所确定的不稳定性区域.     

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。     

竖直气—液两相管流中空隙率波及其不稳定性分析

对竖直气－液两相管流中的空隙波进行了测量和分析。结果表明,不同流型的空隙率波其传播速度不同,并随含气率的升高而增大,泡状流“失稳”前后空隙率波的相速度与群速度不相等,属于色散波。利用扰动方法研究了空隙率波的不稳定性,发现某些频率的扰动能使空隙率波的波速和相速度有所提高。非线性分析结果表明,泡状流“失稳”时是一个浊沌动力系统。空隙率波的增长系数求解结果表明,泡状流向弹帽泡状流转化时,空隙率波对有限扰动是不稳定的,并对扰动的频率有所选择。当扰动频率与空隙率波的主控频率相近时,空隙率波呈最大增长状态。     

竖直气液两相管流中空隙率波及其不稳定性分析

对竖直气液两相管流中的空隙率波进行了测量和分析。结果表明 ,不同流型的空隙率波其传播速度不同 ,并随含气率的升高而增大 ,泡状流“失稳”前后空隙率波的相速度与群速度不相等 ,属于色散波。利用扰动方法研究了空隙率波的不稳定性 ,发现某些频率的扰动能使空隙率波的波速和相速度有所提高。非线性分析结果表明 ,泡状流“失稳”时是一个混沌动力系统。空隙率波的增长系数求解结果表明 ,泡状流向弹帽泡状流转化时 ,空隙率波对有限扰动是不稳定的 ,并对扰动的频率有所选择。当扰动频率与空隙率波的主控频率相近时 ,空隙率波呈最大增长状态。     

强激光在不均匀等离子体中传输的成丝不稳定性

近年来,随着超短超强激光技术的发展,超强激光与等离子体相互作用方面的研究受到了越来越多研究者的重视.其中,强飞秒激光在等离子体中传输时的成丝不稳定性是一个重要的研究课题.因为其在激光引雷以及激光诱导电离光谱分析等诸多方面具有广阔的应用前景.本论述主要研究了线性极化激光束在轴向不均匀等离子体中传输时的成丝不稳定性,通过理论推导建立了相对论非线性激光场对应的非线性波方程.考虑到激光振幅在不均匀等离子体中的横向扰动,如果这种扰动以确定的形式给出,则将该形式代入并求解已得的扰动波方程就可以得到在轴向密度发生变化的等离子体结构中激光成丝不稳定性的增长率.     

激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究

激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部三维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.     

内爆加载下界面不稳定性和湍流混合数值模拟研究

本文采用可压缩多介质黏性流动和湍流数值模拟代码MVFT,研究了球形汇聚几何中内爆加载Air/SF_6扰动界面导致的界面不稳定性和湍流混合的演化规律和物理机制.结果表明,这种条件下会发生复杂的波系演化,进而导致界面不稳定性和湍流混合也具有复杂的演化规律.冲击波首次加载Air/SF_6扰动界面后诱发Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性;然后扰动界面向心加速运动,此时会发生Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性;接着扰动界面逐渐转为向心减速运动,此时发生SF_6加速Air的致稳效应,它会抑制界面不稳定性和湍流混合的发展,使湍流混合区(TMZ)宽度增长速度逐渐减小,当RT致稳机制逐渐增强并占绝对主导时,湍流混合区宽度出现负增长.当透射冲击波聚心反弹后,对湍流混合区形成的是一个准等熵斜波-冲击波-泰勒波的二次加载过程,沿重/轻介质方向产生的是加载-加载-卸载效应.准等熵斜波加载也会对RT致稳机制有贡献.反射冲击波加载又会诱发RM不稳定性,而泰勒波加载会诱发RT不稳定性,二次加载产生的反射波聚心又反弹,进而重复准等熵斜波-冲击波-泰勒波的加载过程.汇聚几何所特有的Bell-Plesset (BP)效应会促进界面不稳定性和湍流混合发展.在球形汇聚几何中内爆加载所诱发的界面不稳定性和湍流混合发展过程中, RM不稳定性、RT不稳定性、BP效应和RT致稳机制存在互相竞争机制.湍动能分布显示湍流混合区发展沿径向是不对称的,不同方向湍动能分量和能谱结果表明湍流混合区发展还具有强的各向异性.     

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.     

自然对流边界层非线性稳定性问题的实验研究

自然对流边界层的稳定性由浮力振型失稳开始,并随着浮力振型的湍流化进入非线性阶段,与此同时,无粘性振型在外层开始失稳。实验结果表明,修正格拉斯霍夫数(Grashof) G＞100时,浮力振型破碎并在最大速度点附近形成湍流层;当G＞170时,外层无粘性振型湍流化而近壁层的粘性不稳定性开始失稳,形成中层-外层-内层三种流动不稳定机制此消彼长的发展过程。     

柴油机高速油柱的三维不稳定雾化理论

针对柴油机喷雾的特点，提出高速油柱的不稳定扰动波应采用三维高阶理论，推导了考虑柴油粘性后的弥散关系式，据此对高速油柱的雾化机理进行了分析．     

气流旋转对液体射流分裂与雾化的影响

为研究旋转气流对液体射流分裂与雾化的影响,建立了旋转气流中的空心柱形黏性液体射流三维模型,对气流旋转强度在射流分裂与雾化的作用进行分析计算.结果表明,低速射流的分裂破碎机理与高速射流的雾化机理不同.在低速射流中,内部气流旋转强度对射流的稳定性影响不大,但外部气流旋转强度却起着稳定性的作用;在高速射流过程中,内部气流旋转强度始终起着不稳定性的作用,而外部气流旋转强度对轴对称扰动的影响不大,但对非轴对称扰动均起着不稳定性的作用.     

过滤燃烧火焰锋面不稳定性的实验研究

实验研究甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中燃烧的火焰锋面不稳定特性.结果表明,给定一个初始非均匀预热区域,在当量比为041,流速为042m/s时,在6mm的小球填充床内,火焰锋面由较为规则的对称火焰逐渐演变为倾斜火焰,并最终分裂为上下两个区域.在布置填充床的同时,对填充床进行夯实,降低孔隙率分布不均匀性.在孔隙率均匀的填充床内,初始的非均匀预热区域,使得火焰的传播极其不稳定,最终导致熄火;即使给定初始均匀的预热区域,火焰锋面依然具有一定的不对称性.填充床的结构不均性是过滤燃烧火焰锋面倾斜的主要原因,而初始的不均匀因素将加剧火焰传播的不稳定性.     

板料冲压成型CAE中拉裂的预测研究及应用

将Hill集中性失稳理论和Swift分散性失稳理论应用到各向同性板料的失稳判定,将Marciniak和Kuczynski的凹槽损伤失稳理论应用到正交各向异性板料的失稳判定,对冲压成型中板料在不同时刻的稳定性进行数值化描述,并运用计算机仿真技术进行直观的表现来预测拉裂;将开发的仿真系统用于汽车翼子板冲压工艺分析,准确地预测了可能出现拉裂的部位．这对于模具开发中确定合理的冲压工艺方案,有效地防止拉裂的发生有重要的实用价值．     

具有流线型头部的高速磁浮列车气动性能数值模拟

以世界上首条商业运行的上海高速磁浮列车TR08为研究对象,基于粘性流体力学理论,按三维可压缩粘性流对具有流线型头部形状的TR08列车以及根据一定规律设计出的4种新头型列车周围流场进行了数值模拟.通过对这5种不同头型列车的模拟结果进行对比分析,得出了流线型头部外形对气动性能影响的规律:随着流线型头部长度增加(其他条件相同),列车气动阻力和升力降低;在头部流线型长度相当的情况下,纵剖面轮廓线上凸的头车气动阻力比下凹的小,而尾车气动阻力大;中间车阻力变化不大,尾车升力大于头车;就整车升力而言,纵剖面轮廓线上凸的气动升力大于下凹的.     

Instability Mechanism of a Rotating Disc Subjected to Various Transverse Interactive Forces

In the past three decades, numerous papers have bee n publishedon the dynamics of rotating discs. most of them have focused on the ma thematical modeling and solution for a specific interactive force, such as a n elastic force produced by a stationary spring or a damping force from a statio nary viscous damper. Few of them have looked into the instability mechanisms. This study has established a generalized approach to investigate the instability mechanisms that are involved in the interaction between...     

R-M界面不稳定性Level Set方法

在界面不稳定性的数值研究中最核心的是界面的精确描述。采用SCB格式，通过设置一个Level Set距离函数来标志界面位置，在界面两侧采用Ghost Fluid方法解Euler方程，能较准确地跟踪界面的发展，且在界面附近不出现非物理振荡。     

复合推进剂低压燃烧性能测试研究

采用高速摄影燃速测试系统和真空箱-非壅塞燃气发生器测试系统实现了HTPB(端羟基聚丁二烯)复合推进剂低压平均燃速测试和不稳定燃烧测试。由测试结果得出AP(高氯酸铵)总含量、AP平均粒径、催化剂对平均燃速的影响规律以及AP总含量、AP平均粒径、平均燃速对推进剂低压不稳定燃烧的影响规律。