【精品完整版】Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性的激波管實驗研究

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文目錄摘要 2Abstract 3第一章緒論 4第一節(jié)研究背景和研究現(xiàn)狀 4一、問題提出的背景 4二、Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性的基本概念 4三、R-M不穩(wěn)定性問題的研究歷史與研究現(xiàn)狀 6第二節(jié) 本文的主要工作 9第二章 實驗原理與實驗方法 10第一節(jié)激波管理論的簡要介紹 10一、激波管流動模型的理想化 10二、理想激波管流動參數(shù)的計算 12三、理想激波管可供實驗的時間和最佳長度比 14第二節(jié)界面的生成 15一、肥皂液的配制及膜性質(zhì)的初步研究 15二、圓柱形界面及球狀界面的生成 18第三節(jié)實驗裝置與實驗方法 19一、實驗儀器介紹 19二、測量系統(tǒng)及同步

2、控制 20三、實驗步驟及注意事項 21第三章 實驗結(jié)果與分析 24第一節(jié)激波與球形氦氣泡相互作用的實驗結(jié)果 24第二節(jié)激波與柱狀氦氣泡相互作用的實驗結(jié)果 29第三節(jié)對柱狀氦氣泡改進后的實驗結(jié)果 36第四節(jié) 本章小結(jié) 38第四章 結(jié)論與展望 40參考文獻 41附錄 激波管參數(shù)計算matlab程序 43摘要Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性作為激波與流體界面作用時的一種典型現(xiàn)象， 在界面運動穩(wěn)定性，旋渦以及湍流形成機理方面有著重要學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。本文在傳統(tǒng)的激波管中進行了平面激波與流體界面相互作用的實驗。 激波管 驅(qū)動段和被驅(qū)動段均為空氣，通過壓力傳感器測量得到了激波馬赫數(shù)。同步控制

3、系統(tǒng)采用延時信號觸發(fā)器觸發(fā)高壓火花光源打火的辦法。 同時，實驗中還對界面 的生成進行了探索，為滿足初始界面要求，實驗過程中采用在試驗段吹一定形態(tài)（球狀、柱狀）的氦氣泡來實現(xiàn)。用傳統(tǒng)的黑白紋影、彩色紋影對平面激波與界 面作用失穩(wěn)后的物理過程進行了刻畫， 得到了界面失穩(wěn)的紋影圖片，對界面變形 的原因進行了分析，并對激波與球形氣泡和柱形氣泡的實驗結(jié)果進行了對比分 析。關(guān)鍵詞：R-M不穩(wěn)定性激波管紋影4AbstractRichtmyer-Meshkov in stability is a typical phe nomenon whe n a shock in teracts with fluid i

4、n terface. It is very importa nt and valuable in the in terface stability, vortex and the mecha ni cal formati on of overfall.In a traditional shock tube, a series of experiments have been carried out to characterize the in teract ion of a pla nar shock wave with discrete gas in homoge neities. The

5、shock wave Tube driv ing and drive n parts are full of the air , the Mach nu mber is measured by the pressure sensor. In order to guarantee the shock wave and the in terface to meet at the win dows, we use the delay ing sig nal triggers and high-voltage spark light source to get striking fire. At th

6、e same time, a spherical or cylindrical helium bubble was blow in the trial, which can satisfy the requirements of the initial in terface. The flow visualizati ons were obta ined using traditi onal schliere n and two dime nsion colorful schliere n. The in stability of the in terface after the shock

7、wave through the helium bubble was recorded on schliere n pictures. The whole process of the in stability of the in terface was discussed and the reas ons for the in terface distortion were analyzed. At last, we compared the trial results of shock wave in teract ing separately with spherical bubbles

8、 and cyli ndrical bubbles.Keywords: R-M in stability , Shock TubeSchliere n第一章緒論第一節(jié)研究背景和研究現(xiàn)狀一、問題提出的背景近三、四十年來，在慣性約束核聚變等重要需求背景驅(qū)動下，界面運動不穩(wěn)定性研究在國際學(xué)術(shù)和工程界，尤其是發(fā)達國家日益受到高度重視。這種激波-交界面的相互作用不僅在界面運動穩(wěn)定性方面具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且在超燃沖壓發(fā)動機中的混合和燃燒、慣性約束熱核聚變以及與摻混有關(guān)的工程實際等領(lǐng) 域也具有重要的應(yīng)用價值。另外，Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性也是層流失穩(wěn)過 渡到湍流的一個重要途徑，它的研究

9、對于認(rèn)識和理解湍流也具有重要的理論意 義。二、Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性的基本概念當(dāng)運動激波穿過不同流體界面時，由于界面兩邊密度等參數(shù)的不同，在具有 脈沖特征的激波驅(qū)動下會呈現(xiàn)出復(fù)雜的流動作用過程。其中最為典型的現(xiàn)象之一是，界面上的擾動會隨時間急劇增長，產(chǎn)生所謂Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性（后 文簡稱RM不穩(wěn)定性）。激波加速界面產(chǎn)生失穩(wěn)是由 Markstein 1957年首先發(fā)現(xiàn) 的，然而對于這種不穩(wěn)定性的嚴(yán)格的理論數(shù)值分析是由Richtmyer1960年提出的1，Meshkov1969年的激波管實驗2也證實了 Richtmyer理論的正確性，所以 這類問題稱為Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性。典型的Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性的發(fā)展演化如圖1.2.1所示，上部流體 中的激波向下運動并同兩流體的交界面相互作用（圖1.2.1a），兩流體初始狀態(tài)為靜止，并且在交界面上有一正弦初始擾動。激波同交界面的相互作用會產(chǎn)生透 射激波和反射波（圖1.2.1b），反射波可以是激波也可以是稀