高密度比瑞利-泰勒湍流尖钉混合区对初始扰动的依赖性研究

作     者：倪玮丹 曾清红 张又升 Weidan Ni;Qinghong Zeng;Yousheng Zhang

作者机构：Institute of Applied Physics and Computational MathematicsBeijing 100094China 

出 版 物：《Acta Mechanica Sinica》 (力学学报（英文版）)

年 卷 期：2023年第39卷第3期

页      面：105-114页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos.11972093 and 91852207) 

主　　题：Rayleigh-Taylor instability Turbulent mixing Spike High density ratio Initial perturbations 

摘      要：由瑞利-泰勒(RT)不稳定性失稳所诱导的湍流混合对于自然(如超新星)和工程(如惯性约束聚变)问题都至关重要.RT混合宽度h由气泡高度h_(b)∝α_(b)t^(2)和尖钉高度h_(s)∝α_(s)t^(2)组成,是描述混合的最基本量.一方面,在实际问题中,大多数的RT混合均以高密度比R为特征.在高R下,由于α_(s)α_(b),h_(s)将对h的增长起主导作用.然而,另一方面,在火箭鞘和线性电子马达上开展的著名实验表明,在高R下,α_(s)(或等价的h_(s))呈高分散性,但其原因或机制没有得到合理解释.在本文中,我们认为可能是由于初始扰动形状的不同造成了α_(s)的高分散性.为了验证这一观点,我们仅改变了尖钉侧初始扰动界面的形状,并基于单模和多模初始扰动,分别设计、模拟并比较了三种形式的初始扰动.结果表明,不同于h_(b)(t)的低依赖性,h_(s)(t)的演化强烈依赖于初始扰动的形状.此外,定量分析表明,尖钉速度的演化与尖钉前缘附近的统计涡量呈正相关.该结果表明,初始扰动对α_(s)(或等价的h_(s))的影响是通过涡实现的,涡在这一过程中起到中间作用.