Richtmyer-Meshkov instability in elastic-plastic media
一般状态方程多流体界面数值方法研究(Mie-Grüneisen状态方程)

中国科学技术大学硕士学位论文一般状态方程多流体界面数值方法研究姓名:郑建国申请学位级别:硕士专业:流体力学指导教师:孙德军;尹协远20050501中文摘要摘要①本文发展了一类一般状态方程可压缩多流体界面的数值模拟方法,并具体应用到三种不同的非理想气体状态方程,包括sti&nf刚性)气体状态方程,varlderWaals状态方程以及工程上广泛适用的更一般的Mie—Griineisen状态方程。
此方法主要的特点是:f1).采用体积分数多流体数学模型,这是在假设多流体交界面两侧压力和速度平衡的基础上根据二相流理论建立的,并引入计算混合流体压力的“状态方程”使系统封闭。
(2).将高精度、高分辨率的PiecewiseParabolicMethod(PPM)数值方法推广到多流体问题中,用膨胀激波代替稀琉波,采用双波近似的方法求解多流体Riemann问题。
(3).使用Lagrangian-Remapping两步法求解模型方程组。
与以往的多流体方法相比,本文的方法具有一些优点。
首先,体积分数多流体数学模型所采用的交界面两侧压力和速度平衡的假设与真实的物理情况比较接近,它消除了交界面上压力的振荡;特别是其模型简单,并且不因为具体的状态方程而改变,便于应用到复杂状态方程的多流体流动问题。
其次,文中推广的多流体PPM方法处理交界面问题的效果非常好,它继承了原始PPM的高分辨率和能有效抑制间断上压力振荡的优点。
最后,Lagrangian—Remapping形式的PPM方法具有Lagrange类方法的特点,它可以有效地处理多流体界面,为了验证方法是否合理有效,进行了大量的数值实验。
一维和二维算例表明本文的方法可以有效地处理一般状态方程的接触间断、激波、激波和接触间断的相互作用以及多维滑移线等物理问题。
从数值结果中可以很明显地看出交界面附近压力无振荡,并能够比其它一般多流体数值方法更糟细地模拟多流体交界面。
本文还研究了柱坐标下内聚激波诱导的Pdchtmyer—MeshkovInstability(RMt)e从模拟的结果来看,演化过程中出现的钉状(spike)和泡状(bubble)结构以及后期的蘑菇状交界面都很清晰。
Figure captions

With y y x x R J R J 1,1== and ()y x y x x yk k k J k J Q −+=22, the coefficients i a in the equation (9’) are:()()()()y x y x x y y x y x y x y x y x k k k J k J k k J J J J J J Q k k g a +−−+−++−=2222209991418()()()()(()()()()()())y y x x y x y x x y y x y x y x y x x y y x y x y x y x x y y x y x x y y x y x x y y x y y x x y x k J k J k k k J k J k k J J k k k J k J J J k k J J k J k J J J k J k J J J k J k J J J k J k J J J Q g a ++++++−+−+−+−−+++++=593576286332323223322222/31()()()(()()()())y x y x x y y x y x x y y x y x y x y x y x x y y x y x y x k k k k k J k J k J k J k k J J J J k k k J k J J J k k J J Q g a +++++−−−+−+++=4422222222222330141813()()()()()x y y x y x y x y x x y y x k J k J J J k k k J k J J J Q g a 332/13233+++−+=14=a1. Lord Rayleigh, “Investigations of the character of the equilibrium of an incompressible heavy fluid of variable density” Proc.Lond.Math.Soc. 14, 170 (1883)2. R.M.Davies, G.I.Taylor, “The mechanics of large bubbles rising through extended liquids and through liquids in tubes” Proc.Roy.Soc. A200, 375 (1950)3. D.H.Sharp, “An overview of Rayleigh-Taylor instability” Physica D 12, 3 19844. S.Chandrasekhar, Hydrodynamic and hydromagnetic stability, 3d ed. (Dover Publications Inc., New York, 1981), pp.428-477; K.O.Mikaelian, “Effect of viscosity on Rayleigh-Taylor and Richtmeyer-Meshkov instabilities” Phys.Rev.E 47, 375 (1993)5. K.I.Read, “Experimental investigation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability” Physica D 12, 45 (1984); Yu.A.Kucherenko at al, “Experimental study into the asymptotic stage of separation of the turbulized mixtures in gravitationally stable mode” Laser Part. Beams 15, 17 (1997); Izv. Akad. Nauk SSSR, Mekh. Zhidk. Gaza 6, 157 (1978)6. G.Dimonte M.Schneider, “Density ratio dependence of Rayleigh-Taylor mixing for sustained and impulsive acceleration histories” Phys.Fluids 12, 304 (2000);M.Schneider, G.Dimonte, B.Remington, “Large and small scale structures in Rayleigh-Taylor mixing” Phys.Rev.Lett. 80, 3507 (1998)7. F.H.Harlow, J.E.Welch, “Numerical study of large-amplitude free-surface motion” Phys.Fluids 9,842 (1966); D.L.Youngs, “Numerical simulations of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability” Physica D 12, 32, (1984); R.Menikoff, C.Zemach,“Rayleigh-Taylor instability and the use of conformal maps for ideal fluid flow”p.Phys. 51, 28 (1983); G.R.Baker, D.I.Meiron, S.A.Orszag, “Vortexsimulations of the Rayleigh-Taylor instability” Phys.Fluids 23, 1485 (1980); G.Gardner, J.Glimm, O.McBryan, R.Menikoff, D.H.Sharp, Q.Zhang, “The dynamics of bubble growth for Rayleigh-Taylor instability” Phys.Fluids 31, 447 (1988)8. X.L.Li, “Study of three-dimensional Rayleigh-Taylor instability” Phys.FluidsA5, 1904 (1993); X.L.Li, “A numerical study of three-dimensional bubble merger in the Rayleigh-Taylor instability” Phys.Fluids 8, 336 (1996)9. D.L.Youngs, “Three-dimensional numerical simulations of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability” Phys.Fluids A 3, 1312 (1991)10. U.Alon, J.Hecht, D.Offer, D.Sharts, “Power-laws and similarity of Rayleigh-Taylor and Richtmyer-Meshkov mixing fronts at all density ratios” Phys.Rev.Lett.74, 534 (1995)11. S.I.Abarzhi, “Stable steady flows in Rayleigh-Taylor instability”Phys.Rev.Lett.89, 1332 (1998); “Non-linear three-dimensional Rayleigh-Taylor instability” Phys.Rev.E, 59, 1729 (1999)12. A.V.Shubnikov and V.A.Koptsik, Symmetry in science and art, Plenum New York, 197413. yzer, “On the instability of superposed fluids in a gravitational field”Astrophys.Jour. 122, 1 (1955); P.R.Garabedian, “On steady-state bubbles generated by Taylor instability” Proc.Roy.Soc. A241, 423 (1957)14. S.I.Abarzhi, “The stationary spatially periodic flows in Rayleigh-Taylor instability: solutions multitude and its dimension” Physica Scripta T66, 238 (1996);“Stationary solutions of the Rayleigh-Taylor instability for spatially periodic flows:questions of uniqueness, dimensionality and universality” Zh.Eksp.Teor.Fiz. 110,1841 (1996) (Sov.Phys.JETP 83, 1012)15. S.I.Abarzhi and N.A.Inogamov, “Stationary solutions in the Rayleigh-Taylor instability for spatially periodic flow” Zh.Eksp.Teor.Fiz. 107,245 (1995) (Sov.Phys.JETP 80,132 (1995)); N.A.Inogamov, “Stationary solutions in the theory of the hydrodynamic Rayleigh-Taylor instability” Pis’ma Zh.Eksp.Teor.Fiz. 55, 505 (1992) (Sov.Phys.JETP Lett. 55, 521 (1992))16. A.Oparin, “Numerical simulations of Rayleigh-Taylor instability using quasi-monotonic grid-characteristic approach” private communication, 1998; M.F.Ivanov,A.M.Oparin, V.G.Sultanov, V.E.Fortov, “Certain features of development of the Rayleigh-Taylor instability in 3D geometry” Doklady Physics 44, 491 (1999) (Doklady Akademii Nauk 367, 464 (1999))17. R.J.Taylor, J.P.Dahlburg, A.Iwase, J.J.Gardner, D.E.Fyfe O.Willi,“Measurement and Simulation of Laser Imprinting and Consequent Rayleigh-Taylor growth” Phys.Rev.Lett.76, 1643 (1996); M.M.Marinak, S.G.Gledinning, R.J.Wallace, B.A.Remington, et al, “Non-linear evolution of a three-dimensional multimode perturbation” Phy.Rev.Lett. 80, 4426 (1998);18. Dalziel SB, Linden PF, Youngs DL, “Self-similarity and internal structure of turbulence induced by Rayleigh-Taylor instability” Jour.Fluid Mechanics, 399, 1 (1999)19. V.E.Zakharov, “Stability of periodic waves of finite amplitude on deep fluid surface” Prikl.Mat.Teor.Fiz 2, 86 (1968) (Sov.Math. Appl. Math. and Theor. Phys. 2, 86 (1968)); E.Fermi and J.von Newman, “Taylor instability of an incompressible liquid”(1951) in book: E.Fermi, Collected papers, The University of Chicago Press, Chicago 1962, v.2, 81620. J.W.Jacobs and I.Catton, “Three-dimensional Rayleigh-Taylor instability. Part I. Weakly nonlinear theory” Jour. Fluid Mech. 187, 329 (1988)21. X.Y.He, R.Y.Zhang, S.Y.Chen, G.D.Doolen, “On three-dimensional Rayleigh-Taylor instability” Phys.Fluids 11, 1143 (1999)22. J.Hecht, U.Alon, D.Shvarts, "Potential flow models of Rayleigh-Taylor and Richtmeyer-Meshkov bubble fronts" Phys.Fluids 6, 4019 (1994)23. V.S.Arpachi, A.Asmaeeli, “On interface dynamics” Phys.Fluids 12, 1244 (2000)Figure captionsFIG.1. Bubbles generated by the Rayleigh-Taylor instability. Flow symmetry group is p2mm , λx,y are spatial periods in the plane (x, y ), rotation axis 2 and mirror planes m are perpendicular to the plane of translations. Black circle marks the positions of bubble top.FIG.2.(a). Plane of parameters R x,y of steady solutions family, finite values of aspect ratio x y k k . Physical region is bounded by the flattened bubbles (“solitary spikes”) ∞→y x R ,and by the edge solutions cr y x R ,. Dashing line relates to bubbles with circular contour ()()2x y y x k k R R=. Bubbles are y -elongated at ()()2x y y x k R R < and x -elongated at ()()2x y y x k k R R >.(b). Low-symmetric steady solutions under the dimensional crossover 0→x y k k : the solutions with ()2x y y x k k R R ≥ are restricted to region of flattened bubbles (“solitary spikes”), while solutions with ()2x y y x k k R R < become solutions of the 2D flow.FIG.3. The real parts of the Lyapunov exponents for low-symmetric steady solutions.(a). Aspect ratio 2/1=x y k k and the radius of curvature ∞≡y R .(b). Limiting case of “square flow” p4mm , 1=x y k k and x y R R =.FIG.4. Stability region for the low-symmetric bubbles in first approximation (dashing area). Finite values of aspect ratio x y k k , dashing line relates to the bubbles with circular contour, ()()2x y y x k k R R =.FIG.5. Stability of steady solutions under dimensional crossover 0→x y k k .Dashing lines are real parts of the Lyapunov exponents of the 2D flow, unstable mode D D w 23− is plotted at 1.0=x y k k and 001.0=δ. cr c R k R ≈=2. Black points are the Hopf bifurcations, which bound the region of stability of the 2D flow at N =2.FIG.6. Secondary instabilities of the low-symmetric bubbles under spatial modulations: merging and splitting.。
美国洛斯阿拉莫斯中子科学中心

Area pRad WNR Lujan UCN IPF Total
Scheduled Hours 625.4 3165.2 996.0 1965.6 3237.5 9989.7
Delivered Hours 555.9 2844.8 877.8 1838.0 2996.8 9113.3
所示。LINAC 通过操纵人员来控制 H+和 H-线束来使得大多数实验可同时进行。
图 3-3 LANSCE 实验区和试验设施分布图、LANSCE 束线传输图
目前在 LANSCE 的先进设施包括:质子辐照照相设施(Proton Radiography Facility,pRad) 、武器中子研究设施(Weapons Neutron Research Facility,WNR) 、 Lujan 中子散射中心(Lujan Neutron Scattering Center,Lujan Center) 、超冷中子 中心设施( Ultra-cold neutrons , UCN ) 、同位素生产设施( Isotope Production Facility,IPF) 。2012 财年这 5 个设施的申请和运行情况如表 3-1 所示,各设备的 平均满足率高达 89.6%, 这其中 pRad、 WNR 和 Lujan 中心与武器研究较为相关, 以下将分别介绍。
Reliability 88.9% 84.8% 88.1% 93.5% 92.6% 89.6%
3 质子辐射照相设施
3.1 pRad 设施简介
质子辐射照相设施(Proton Radiography Facility,pRad)是洛斯阿拉莫斯中 子科学中心的一台重要装置。 它在 LANSCE 的 Line C.由 LANSCE 的线性加速器 介子实验区(A 区)的 P3W 介子通道提供 0.8 GeV 的质子束。质子照相作为一 种束线和质子光学系统,是一种流体动力学实验设施,主要能力是通过质子对静 态和动态材料进行辐射照相,记录获取冲击波压缩驱动材料的运动和密度等信 息,pRad 的实物和原理如图 3-4 所示。pRad 服务于武库维护计划,涉及到的问 题包括高能炸药的详细保证行为、材料对冲击波负载的动力学响应(包括材料失 效) 、理解材料动力学和内爆压缩后期行为等。
【国家自然科学基金】_过充_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

2011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 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
科研热词 静态模型 雾凇 雨凇 铝合金 过冷却水 蓄电池 组态控制 等温成形 盘饼类锻件 流线 气动柔性驱动器 气动柔性扭转关节 折叠 太阳能电池组件 大气科学 冻雨 冰冻灾害 atmega8
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 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 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
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2011年 科研热词 锂离子电池 安全性 塔里木盆地 高速纹影法 隔膜 铝蒸气 过充保护 过充 轮深2井 超级电容器 调整型油气藏 蜗壳 蓬莱坝组 蓄电池 紫外光敏管 稳定碳同位素 离子液体 白云岩储层 电解液添加剂 电解液 电池阵列 生物标记物 温度迟滞 温度敏感电极 添加剂 液压冲击器 浸染样式 流动肥皂膜 流体包裹体 沥青反射率 沥青 氮气室预充压力 气体界面 正极材料 柱状汇聚激波 最大功率点跟踪 最大功率 成藏期次 成核 延长组 平板式蒸发器 太阳轨迹 均一温度 噪声测试 冷凝温度 冷凝 光电阴极 光电池 光伏泵 光伏效应 充电策略 充灌率 推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
封闭空间中不同压力下火焰过孔板加速机理研究

封闭空间中不同压力下火焰过孔板加速机理研究赵健福;周磊;钟力嘉;卫海桥【摘要】爆震或超级爆震发生时总会伴随着湍流火焰-冲击波相互作用,对其开展研究是揭示爆震或超级爆震机理的关键,研究火焰加速产生压力波的过程是火焰-压力波相互作用研究的基础性前提.基于自主设计的定容燃烧弹和Converge三维数值模拟方法,对封闭空间中火焰过孔板加速机理及影响因素开展了研究,讨论了初始压力对火焰过孔板加速的影响.依据火焰传播形态与速度,将火焰过孔板加速过程分为3个阶段:层流火焰阶段、射流火焰阶段和湍流火焰阶段.通过分析火焰过孔板过程中的流场情况,发现在火焰未到达孔板前,孔板附近存在强射流,火焰受强射流的驱动而急剧加速;但当火焰穿过孔板之后,火焰锋面前的流场速度沿着远离火焰的方向而逐渐下降,说明开始由火焰驱动未燃气体运动.比较不同压力下的火焰过孔板过程,发现湍流火焰传播速度和缸压振荡均随着初始压力的提高而升高.【期刊名称】《实验流体力学》【年(卷),期】2019(033)004【总页数】10页(P11-20)【关键词】孔板;火焰加速;射流;火焰传播;压力振荡【作者】赵健福;周磊;钟力嘉;卫海桥【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TK4170 引言发动机小型强化技术被认为是最有前途的点燃式(Spark Ignition,SI)发动机节能减排技术措施之一[1]。
然而,小型强化SI发动机热负荷的增加,导致在其燃烧过程中更容易发生爆震(Knock)[2]、超级爆震(Super- Knock)[3- 4]等不正常燃烧现象,限制了小型强化SI发动机热效率进一步提升。
目前爆震产生的机理尚不明确,末端气体自燃理论由于很好地解释了光学实验的结果而得到广泛的认可。
【国家自然科学基金】_异质材料_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

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界面 电磁特性 电渗流 电子结构 生长机理 生长机制 玻璃形成能力 物理光学 焦耳热效应 热稳定性 激波 活性钎料 波浪型倾斜板 水热法 氮化镓 有限元法 有机场效应晶体管 有机半导体 暗场成像 晶粒长大 晶片键合 晶格参数 整流特性 数字梯度超晶格 掺杂 振动 扫描电容显微技术 微通道 微观组织 微流控芯片 形成机理 异质纳米颗粒 异质气体 异质材料 应变 应力 平均原子溶解熵 左手材料 局域场增强 少子寿命 寄生沟道 多通道滤波器 外延 复合材料 品质因子 反射式高能电子衍射 双异质结构 压缩应力 半导体材料 半固态 共晶形态 光谐振 光致发光 光学特性
涂层 波浪型倾斜板 水淬 水化机理 氮化铝 氧缺陷 残余应力 核/壳结构 柠檬酸 材料合成与加工工艺 杉木 机理 晶粒 无水石膏 无机非金属材料 新兴研究方向 斜方六面体 插接式薄壁铜铝管焊接接头结构 插入层 振动 扩散势垒 扩散偶浓度分布模型 性质 微结构 异质结 异质相 异质晶核 异质外延模拟 异质养分环境 异种金属焊接 市场发展趋势 小麦 家系 复合纳米材料 块体非晶合金 图形衬底 固源分子束外延 含钇聚碳硅烷 双层组分异质结 双向电泳 原子扩散联接 半固态 制备 制冷器管路 准多层膜 光子晶体 先驱体 低压cvd 位错运动 位相 二维电子气 znse zno w膜
流体力学各无量纲数定义

雷诺数:对于不同的流场,雷诺数可以有很多表达方式。
这些表达方式一般都包括流体性质(密度、黏度)再加上流体速度和一个特征长度或者特征尺寸。
这个尺寸一般是根据习惯定义的。
比如说半径和直径对于球型和圆形并没有本质不同,但是习惯上只用其中一个。
对于管内流动和在流场中的球体,通常使用直径作为特征尺寸。
对于表面流动,通常使用长度。
管内流场对于在管内的流动,雷诺数定义为:式中:•是平均流速(国际单位: m/s)•管直径(一般为特征长度) (m)•流体动力黏度 (Pa·s或N·s/m²)•运动黏度 (ρ) (m²/s)•流体密度(kg/m³)•体积流量 (m³/s)•横截面积(m²)假如雷诺数的体积流率固定,则雷诺数与密度(ρ)、速度的开方()成正比;与管径(D)和黏度(u)成反比假如雷诺数的质量流率(即是可以稳定流动)固定,则雷诺数与管径(D)、黏度(u)成反比;与√速度()成正比;与密度(ρ)无关平板流对于在两个宽板(板宽远大于两板之间距离)之间的流动,特征长度为两倍的两板之间距离。
流体中的物体对于流体中的物体的雷诺数,经常用Re p表示。
用雷诺数可以研究物体周围的流动情况,是否有漩涡分离,还可以研究沉降速度。
流体中的球对于在流体中的球,特征长度就是这个球的直径,特征速度是这个球相对于远处流体的速度,密度和黏度都是流体的性质。
在这种情况下,层流只存在于Re=0.1或者以下。
在小雷诺数情况下,力和运动速度的关系遵从斯托克斯定律。
搅拌槽对于一个圆柱形的搅拌槽,中间有一个旋转的桨或者涡轮,特征长度是这个旋转物体的直径。
速度是ND,N是转速(周/秒)。
雷诺数表达为:当Re>10,000时,这个系统为完全湍流状态。
[1]过渡流雷诺数对于流过平板的边界层,实验可以确认,当流过一定长度后,层流变得不稳定形成湍流。
对于不同的尺度和不同的流体,这种不稳定性都会发生。
【国家自然科学基金】_粒子图像测速(piv)_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730

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2011年 科研热词 粒子图像测速 粒子图像测速技术 piv 频域抽取 运算效率 粒子图像测速法 搅拌槽 快速傅里叶变换(fft) 互相关算法 风洞试验 雷诺数 队列行驶 长径比 速度测量 速度场 轴向速度梯度 诱导流动 计算流体力学 角速度 螺旋羽流结构 螺旋流 自然对流 聚驱采出井 细观量测 组合桨 粒径测量 粒子图像灰度差分法 粒子图像测速仪(piv) 等离子体气动激励 空间自相关 空间尺度 空气动力学 相干结构 直剪试验 盐析颗粒 湍流边界层 涡量场 涡流 测量误差 流型 流动控制 法向力 气流运动 最大气门升程 时间解析粒子图像测速 旋流泵 数值模拟 局部平均速度应变 尾部造型 尾部流场 射孔 喷嘴 推荐指数 6 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 粒子图像测速 piv 风洞试验 速度场 粒子图像测速系统 粒子图像测速技术(piv) 流场机理 流场 流体力学 水槽 比降 明渠水流 时空相关 方柱绕流 黏附 非定常气动力 雷诺时均湍流模型 陶瓷球颗粒 阻力系数 速度 迷宫流道 迷宫型灌水器 近距离耦合 超疏水表面 节水 缸内流场 缸内流动 紊流 粗糙元 粒径 空气放电 空气动力学 离子风 示踪 相关方法 相位平均 直立栅栏 界面张力 生活污水 球形颗粒 燃烧过程 灌水器 激波 激光诊断 滚流比 湍流边界层 湍动能 混合气形成 流速分布 流线图 流固耦合 流动阻力
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Richtmyer-Meshkov instability in elastic-plastic media*
A. R. Piriz1,#,J. J. López Cela1, N. A. Tahir2, and D. H. H. Hoffmann2,3
1Univ. de Castilla-La Mancha, Spain;2GSI, Darmstadt, Germany, 2Technische Universität of Darmstadt, Germany
A sort of Richtmyer-Meshkov (RM) instability occurs when a shock wave is launched into the bulk of continu-ous medium from its boundary surface. Such is the situa-tion in the LAPLAS (Laboratory of Planetary Sciences) experiment planned at GSI to be performed on the future FAIR facility for the study of high energy density states of matter. It happens when the absorber region expands driv-ing the implosion of the pusher layers. Since the pusher remains in solid state during the implosion, it retains elas-tic-plastic properties that will affect the evolution of the hydrodynamic instabilities. We have studied the RM dy-namics of a vacuum/solid interface by means of an ana-lytical model and by two-dimensional numerical simula-tions with the code ABAQUS [1-3]. The typical behav-iour of the perturbation amplitude is shown in Fig.1 for different values of the yield strength Y (5, 10, 20, 40, ∞MPa) and for a shear modulus G = 13 GPa. For reference we also show the classical growth rate (G = 0, Y = ∞).
Figure 1: Amplitude evolution for different values of the yield strength and for the classical case.
As we can see, the perturbation grows up to a maxi-mum value ξm determined by the yield strength and then it oscillates elastically with an amplitude that is much less than ξm (ξ0 = 20 µm is the initial perturbation amplitude of the interface).
In Fig.2 we have represented the results of extensive numerical simulations for the relative amplitude ξm−ξp, where ξp is taken as the amplitude at the time when the interface is free of stresses (the inflexion point in Fig.1). We find that this magnitude is only a function of the pa-rameters combination kY
p
/2ξρ&, where k is the pertur-bation wavenumber, ρis the density of the shocked phase and it is determined by the Mie-Grüneisen equation
of state, and
p
p
u
k
ξ
ξ=
& is the classical growth rate (u
p is the fluid velocity behind the shock).
Figure 2: Relative maximum amplitude for different
cases.
The previous results suggest a new method to measure the yield strength under dynamic conditions as alternative to the experiments that use the Rayleigh-Taylor (RT) insta-bility [4]. In fact, using RM instability would require de-termine the perturbation amplitude at any time
]
)
(
[
m
m
m
t
t
tξ
ξ=
≥. This one measurement experiment would be advantageous in comparison with the RT based experiments that require the experimental determination of the growth rate.
References
[1] A. R. Piriz et al. Phys. Rev. E 72, 056313 (2005).
[2] A. R. Piriz et al. Am. J. Phys. 74, 1095 (2006).
[3] A. R. Piriz et al. Phys. Rev. E. 74, 037301 (2006).
[4] K. T. Ruden et al. Phys. Plasmas 12, 056309 (2005).
FAIR-EXPERIMENTS-39 42。