气-液界面瑞利-泰勒不稳定性实验研究

【作者】 邹立勇； 谭多望； 刘金宏； 黄文斌； 王建；

【机构】 中物院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室；

【摘要】 当轻流体加速重流体,两种流体之间的界面是不稳定的,这种现象被称为瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor)不稳定性。背景研究领域有超新星爆炸,航天火箭发动机,惯性约束聚变,国防尖端武器等。本文利用改进的竖式激波管装置,实验研究了多种气-液界面的瑞利-泰勒不稳定性问题(如图所示)。光学测试采用Speed CAM VISARIO高速数字化相机,幅频可在1000到10000之间自由调节,记录时间可长达2秒,实验过程中幅频取为2000。电学测试采用PCB-M113A26动态压力传感器,液柱上方安装两个传感器测量上面气体的压力变化,液柱下方安装一个传感器测量下面气体的泄压过程,从而可以精确地计算液柱运动全过程的加速度。空气/水界面实验结果表明,界面运动平均加速度介于60倍到795倍重力加速度之间。随机初始扰动情况下,不稳定性在整个界面同时产生。在初始压力0.175 MPa,水柱高度230 mm的实验中,气泡和尖钉增长系数分别为0.0685和0.1978。随着界面运动平均加速度的增加,气泡增长系数逐渐增加,但是增加的速度逐渐减缓。空气/水、空气/甘油、空气/丙酮对比实验结果表明,随着液体粘性系数的增加,气泡增长系数越来越小。更多还原