多模态RM不稳定性和湍流混合演化特性数值模拟研究

【作者】 王涛； 汪兵； 林健宇； 柏劲松； 李平； 陶钢；

【机构】 中国工程物理研究院流体物理研究所； 南京理工大学能源与动力工程学院；

【摘要】 不同流体间的扰动界面受到冲击加载作用会发生Richtmyer-Mshkov (RM)不稳定性,后期会诱发湍流混合,其物理机理是冲击波阵面上压强梯度和扰动界面上密度梯度不重合而导致的斜压效应(▽p×▽p≠0)。RM不稳定性及湍流混合在诸如武器物理、惯性约束聚变、超音速燃烧、天体物理等领域有重大应用,吸引了众多研究人员致力于该项工作的研究。本文利用可压缩多介质粘性流动和湍流大涡模拟程序MVFT对三维多模态RM不稳定性及其诱发的湍流混合进行了数值模拟,分析了RM不稳定性和湍流混合的演化规律和统计特性。早期,斜压涡以沿展向发展为主,流向广义雷诺应力主导动量输运;后期,横向展向的斜压涡和广义雷诺应力逐渐变得均匀。但是在整个发展过程中流向质量输运始终绝对占优。也就是说早期湍流混合区发展具有强的各向异性,后期各向异性逐渐减弱,但并没有发展到各项同性,虽然能谱出现近似的-5/3率。而且后期湍流混合区统计量沿流向具有近似的高斯分布,所以湍流混合区的发展具有对称性。模态分析结果显示,初始冲击后很长一段时间,混合区演化依然受初始扰动模态支配,但是一些高波数模态会逐渐消失。Reshock后,所有模态都被激活,但是能谱逐渐向低波数区移动,说明混合区的空间结构逐渐增大。更多还原