【精品完整版】Richtmyer-Meshkov不稳定性的激波管实验研究

1、中国科学技术大学本科毕业论文目录摘要 2Abstract 3第一章绪论 4第一节研究背景和研究现状 4一、问题提出的背景 4二、Richtmyer-Meshkov不稳定性的基本概念 4三、R-M不稳定性问题的研究历史与研究现状 6第二节 本文的主要工作 9第二章 实验原理与实验方法 10第一节激波管理论的简要介绍 10一、激波管流动模型的理想化 10二、理想激波管流动参数的计算 12三、理想激波管可供实验的时间和最佳长度比 14第二节界面的生成 15一、肥皂液的配制及膜性质的初步研究 15二、圆柱形界面及球状界面的生成 18第三节实验装置与实验方法 19一、实验仪器介绍 19二、测量系统及同步

2、控制 20三、实验步骤及注意事项 21第三章 实验结果与分析 24第一节激波与球形氦气泡相互作用的实验结果 24第二节激波与柱状氦气泡相互作用的实验结果 29第三节对柱状氦气泡改进后的实验结果 36第四节 本章小结 38第四章 结论与展望 40参考文献 41附录 激波管参数计算matlab程序 43摘要Richtmyer-Meshkov不稳定性作为激波与流体界面作用时的一种典型现象， 在界面运动稳定性，旋涡以及湍流形成机理方面有着重要学术意义和应用价值。本文在传统的激波管中进行了平面激波与流体界面相互作用的实验。 激波管 驱动段和被驱动段均为空气，通过压力传感器测量得到了激波马赫数。同步控制

3、系统采用延时信号触发器触发高压火花光源打火的办法。 同时，实验中还对界面 的生成进行了探索，为满足初始界面要求，实验过程中采用在试验段吹一定形态（球状、柱状）的氦气泡来实现。用传统的黑白纹影、彩色纹影对平面激波与界 面作用失稳后的物理过程进行了刻画， 得到了界面失稳的纹影图片，对界面变形 的原因进行了分析，并对激波与球形气泡和柱形气泡的实验结果进行了对比分 析。关键词：R-M不稳定性激波管纹影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第一章绪论第一节研究背景和研究现状一、问题提出的背景近三、四十年来，在惯性约束核聚变等重要需求背景驱动下，界面运动不稳定性研究在国际学术和工程界，尤其是发达国家日益受到高度重视。这种激波-交界面的相互作用不仅在界面运动稳定性方面具有重要的学术意义，而且在超燃冲压发动机中的混合和燃烧、惯性约束热核聚变以及与掺混有关的工程实际等领 域也具有重要的应用价值。另外，Richtmyer-Meshkov不稳定性也是层流失稳过 渡到湍流的一个重要途径，它的研究

9、对于认识和理解湍流也具有重要的理论意 义。二、Richtmyer-Meshkov不稳定性的基本概念当运动激波穿过不同流体界面时，由于界面两边密度等参数的不同，在具有 脉冲特征的激波驱动下会呈现出复杂的流动作用过程。其中最为典型的现象之一是，界面上的扰动会随时间急剧增长，产生所谓Richtmyer-Meshkov不稳定性（后 文简称RM不稳定性）。激波加速界面产生失稳是由 Markstein 1957年首先发现 的，然而对于这种不稳定性的严格的理论数值分析是由Richtmyer1960年提出的1，Meshkov1969年的激波管实验2也证实了 Richtmyer理论的正确性，所以 这类问题称为Richtmyer-Meshkov不稳定性。典型的Richtmyer-Meshkov不稳定性的发展演化如图1.2.1所示，上部流体 中的激波向下运动并同两流体的交界面相互作用（图1.2.1a），两流体初始状态为静止，并且在交界面上有一正弦初始扰动。激波同交界面的相互作用会产生透 射激波和反射波（图1.2.1b），反射波可以是激波也可以是稀