多介質流體界面失穩和混合的跨尺度實驗研究

《多介質流體界面失穩和混合的跨尺度實驗研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由鄒立勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多介質流體界面失穩和混合的跨尺度實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄒立勇
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

界面不穩定性及湍流混合是一個典型的多尺度強非線性問題，在慣性約束聚變、國防武器、天體物理等領域有著廣泛而重要的套用背景。本項目擬採用可在0~90 之間任意傾角的豎式激波管作為實驗裝置，輔以理論分析和數值模擬方法，聯合研究多介質流體界面失穩及混合的多尺度物理過程。巨觀尺度實驗利用高速攝影、陰影和粒子圖像測速儀(PIV)技術來測量，微細觀尺度實驗利用第三代同步輻射光源X射線相襯成像技術來實現，空間分辨精度可以達到2μm，幾乎相當於Kolmogorov尺度，由此形成界面失穩及混合的跨尺度實驗研究能力。本項目的研究結果將揭示初始擾動、Atwood數和載入強度等因素對於界面演化及混合過程的影響規律，對於認識武器工程等重要領域中湍流混合問題的內在機理，具有重要的科學意義。

結題摘要

本項目以慣性約束聚變、國防武器、天體物理等領域中的多尺度、強非線性的界面不穩定性及湍流混合問題為需求牽引，以建立多尺度流體界面失穩與混合相關問題的實驗研究能力為目標，利用多種的測試手段（可見光測試技術、X射線測試技術）獲得豐富的、跨尺度的實驗數據，同時對理論衝擊模型進行考慮尺度效應的修正，以獲得更加深入的機理性認識。 在本項目的開展過程中，項目組依照研究計畫對多介質界面不穩定性及湍流混合相關問題展開了多尺度的研究工作，包括：理論模型研究方面，將尺度效應納入正激波理論，獲得了RM失穩線性模型中尺度效應的影響規律，對非線性模型進行了推導與分析討論；巨觀尺度實驗研究方面，利用高速攝影、高速陰影、PIV、PLIF等多種測試技術得到了流體界面失穩演化的載入強度效應、初始傾角效應、Atwood數效應、粘性效應，通過對速度場和濃度場湍流統計量的分析，獲得了混合區湍流發展特徵與規律；微介觀尺度流體界面失穩演化實驗研究方面，基於X射線相稱成像技術開展了流體界面動力學相關的微介觀尺度實驗，獲得了時空分辨分別達到48μs和1μm的系列實驗圖像。通過建立多介質流體界面不穩定性及湍流混合問題的跨尺度實驗研究能力，實現了對流體界面失穩及混合問題的深入分析，獲得了一些機理性的認識，為進一步理解武器內爆等重要過程中的相關流體動力學問題提供了重要支撐。項目研究成果以學術論文的形式已分別發表在Physics Review E、Physics of Fluids、Shock Waves等國內外知名核心期刊，共18篇；項目組成員參加國際學術會議並作口頭報告共7人次、參加國內學術會議並作口頭報告15人次以上；以該項目為平台，已成功培養3名碩士研究生順利取得碩士學位。