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平面弱激波加载下球形气泡的RM不稳定性演化的实验研究

郭文灿  
【摘要】: 平面弱激波加载单个球形气泡的实验研究在Richtmyer-Meshkov不稳定性系列研究中具有特殊的意义;球形气泡界面具有典型的三维特征和大的振幅波长比,有助于了解Richtmyer-Meshkov不稳定作用机理,对于验证数值模拟工作的有效性和发展理论研究都很有帮助。 本文采用高速摄影和烟雾颗粒染色相结合的方法,开展了轻气体和重气体球形气泡界面在弱激波加载下演化变形过程的实验研究。 本文的主要工作集中在以下几个方面: 1)对烟雾颗粒染色方法进行了探索。解决了轻气体气泡和重气体气泡实验染色的技术难点;实验结果表明烟雾颗粒的示踪效果很好的满足了实验要求,这也是首次将烟雾颗粒染色方法引入到此类实验。 2)对球形界面形成方法进行了探索,寻找到了能够满足实验要求的肥皂泡溶液制备方法。生成的肥皂泡接近理想的球形,对混有烟雾颗粒测试气体能起有效的阻隔作用,并使破裂时间延长。 3)通过高速摄影结合烟雾颗粒染色的实验方法,对弱激波加载下轻气体和重气体球形气泡界面的演化过程进行直接测量。实验分别观察到了轻气体气泡和重气体气泡演化发展中的典型界面变形特征,并首次在弱激波加载球形气泡界面的实验研究中直接辨别了涡环的几何形态。 4)对轻气体气泡演化中部分特征尺寸进行了定量分析,提出了轻气体气泡总体长度的线性部分的增长率主要与激波马赫数相关的观点,并指出线性部分的增长率是理想的校验数值模拟程序的定量参数。 5)提出了一个可以用来预测背风涡环高度增长规律的公式,它和现有的实验数据吻合得很好。 6)运用数字散斑相关方法初步获取了轻气体气泡流场初期的位移和速度分布信息,结果与相关的理论分析吻合得很好。 7)对激波加载下的肥皂膜的运动特征进行了分析,并用聚能射流的观点对其进行了解释。 本论文探索了一种新的研究球形气泡与激波相互作用的实验方法,并力图通过实验方法和分析手段获得一些定量数据。由于文中的分析内容参考的文献不多,它们的有效性还有待下一步工作的检验。


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