《運動激波作用不同形狀氣體界面RM不穩定性的實驗研究》是依託中國科學技術大學，由翟志剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：運動激波作用不同形狀氣體界面RM不穩定性的實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：翟志剛
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本申請提出在激波管中產生平面激波和匯聚激波，利用本課題組提出的一種新的肥皂膜界面生成方法：通過細針、細線約束等方式生成各種形狀界面，採用高速紋影技術以及連續雷射切片技術實驗研究平面激波和匯聚激波誘導下不同形狀氣體界面擾動發展的精細流場結構。力求獲得激波-界面相互作用過程中各種波繫結構和界面擾動的發展，以及流場的連續速度場、渦量場和環量場等定量信息。通過本項研究，發展和最佳化一種新的界面生成技術以及掌握雷射切片技術在有膜界面中的套用，得到不同形狀界面在激波作用下的發展演化過程，建立不同初始界面形狀對界面不穩定性發展影響的資料庫；同時探討平面激波與匯聚激波作用下界面不穩定性發展的不同，發展先進的數值模擬和理論分析方法，揭示界面不穩定性產生和發展的內在機理。激波誘導下的界面不穩定性涉及到複雜的多尺度的物理問題，不僅具有重要的學術研究意義，在慣性約束核聚變、超燃等實際工程背景中也有重要的套用價值。
結題摘要
本項目開展了平面及匯聚激波作用下不同形狀氣體界面演化的實驗與數值研究。首先，採用細針約束肥皂膜的方法形成了包括矩形在內的多邊形界面，利用高速紋影方法得到了多邊形界面在平面激波誘導下的演化圖像；獲得了激波在界面上的反射折射現象，為已有的理論和數值結果提供了直接的實驗依據；獲得了多邊形界面尺寸的變化規律，對比了不同形狀界面對擾動發展規律的影響；獲得了界面上沉積渦量的變化，驗證了已有的環量模型。其次，採用細線約束肥皂膜的方法形成了具有不同頂角的V形界面，得到了V形界面在平面激波作用下的演化圖像，探討了振幅波長比對振幅增長率發展的影響；驗證了已有的理論模型；實驗發現線性增長率隨振幅波長比的增長並非單調函式，且增長率存在一個極大值，這些發現為已有的數值結果提供了實驗依據。再次，利用細線約束肥皂膜的方式形成了具有極小曲面特徵的單模界面，並開展了相應的實驗研究，獲得了不同振幅波長比對擾動增長的影響規律；對於重/輕單模界面，發現了一些獨特的現象，驗證了本課題組提出的三維擾動理論；此外數值研究了界面主曲率對擾動增長的影響，相比二維單模界面，界面主曲率相同/相反的三維界面會促進/抑制擾動的增長。基於此結論，可以通過設計界面的特殊形式實現對擾動增長調控的目的。除了開展平面激波誘導不穩定性發展的工作以外，還開展了匯聚激波的相關工作。首先，研究了匯聚激波在斜劈/界面上非定常反射/折射現象，獲得了與準定常條件下不同的反射/折射規律，探索了流場的匯聚效應對反射/折射規律的影響；其次，開展了匯聚激波誘導下氣泡和氣柱界面演化的實驗研究，獲得了界面演化的初步定量結果；發現流場的匯聚效應會對界面形態產生較大的影響。總之，該項目按計畫完成了預定內容，研究成果將有助於凝聚研究方向，形成較好的人才隊伍。通過本項目研究，揭示了激波作用下不同形狀界面演化的物理規律及內在機理，為慣性約束核聚變等實際套用提供了重要的指導。
