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Characterizing the evolution of mixing induced by Richtmyer–Meshkov instability in laser-driven reshock experiments
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作者 Yongteng Yuan Zhengfeng Fan +16 位作者 Shaoyu Tu Chengxin Yu Wenyong Miao Zhenghua Yang Chuansheng Yin Liang Sun Huabing Du Minxi Wei Weichao Tong Wei Jiang Li Yao Wanli Shang Ji Yan Zhichao Li Dong Yang Jiamin Yang Yudong Pu 《Matter and Radiation at Extremes》 2025年第6期101-111,共11页
A reshock experiment for investigating the growth of material mixing driven by the Richtmyer–Meshkov instability has been conducted at the SG 100 kJ Laser Facility.We present a novel measurement technique for capturi... A reshock experiment for investigating the growth of material mixing driven by the Richtmyer–Meshkov instability has been conducted at the SG 100 kJ Laser Facility.We present a novel measurement technique for capturing the density field and the temporal evolution of the mixing width in rough aluminum subjected to reshocks under extreme conditions.The temporal evolution of the aluminum layer width obtained from backlit X-ray radiography demonstrates a sharp increase in width caused by reshocks,and simulations using the BHR-2 turbulent mixing model show excellent agreement with the measured aluminum layer width.Moreover,by utilizing a quasi-monochromatic X-ray imaging system at 5.2 keV,based on Bragg reflection from a spherically curved quartz crystal,we demonstrate direct quantification of the aluminum density field in mixed regions for the first time in a indirectly driven reshock experiment.The deviation between the calculated and actual density values is significantly less than 10%when the density of the aluminum region is below 0.7 g/cm3.The density field provides further information about variable-density turbulent mixing,which improves the constraints on simulations and enhances predictive capabilities for inertial confinement fusion target design and astrophysical shock scenarios. 展开更多
关键词 richtmyer meshkov instability rough aluminum mixing width laser driven reshock density field reshock experiment material mixing backlit X ray radiography
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HIGH-ORDER WENO SIMULATIONS OF THREE-DIMENSIONAL RESHOCKED RICHTMYER-MESHKOV INSTABILITY TO LATE TIMES:DYNAMICS,DEPENDENCE ON INITIAL CONDITIONS,AND COMPARISONS TO EXPERIMENTAL DATA 被引量:11
2
作者 Oleg Schilling Marco Latini 《Acta Mathematica Scientia》 SCIE CSCD 2010年第2期595-620,共26页
The dynamics of the reshocked multi-mode Richtmyer-Meshkov instability is investigated using 513 × 257^2 three-dimensional ninth-order weighted essentially nonoscil- latory shock-capturing simulations. A two-mode... The dynamics of the reshocked multi-mode Richtmyer-Meshkov instability is investigated using 513 × 257^2 three-dimensional ninth-order weighted essentially nonoscil- latory shock-capturing simulations. A two-mode initial perturbation with superposed ran- dom noise is used to model the Mach 1.5 air/SF6 Vetter-Sturtevant shock tube experiment. The mass fraction and enstrophy isosurfaces, and density cross-sections are utilized to show the detailed flow structure before, during, and after reshock. It is shown that the mixing layer growth agrees well with the experimentally measured growth rate before and after reshock. The post-reshock growth rate is also in good agreement with the prediction of the Mikaelian model. A parametric study of the sensitivity of the layer growth to the choice of amplitudes of the short and long wavelength initial interfacial perturbation is also pre- sented. Finally, the amplification effects of reshock are quantified using the evolution of the turbulent kinetic energy and turbulent enstrophy spectra, as well as the evolution of the baroclinic enstrophy production, buoyancy production, and shear production terms in the enstrophy and turbulent kinetic transport equations. 展开更多
关键词 Richtmyer-Meshkov instability reshock mixing properties weighted essen-tially nonoscillatory (WENO) method
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同向稀疏波-激波诱导单模界面演化的实验研究
3
作者 高兴 郭旭 +1 位作者 翟志刚 罗喜胜 《气体物理》 2025年第4期48-57,共10页
研究了同向稀疏波和激波诱导的轻/重单模界面不稳定性的演化规律。在稀疏波作用下,轻/重界面扰动增长呈现稳定振荡行为,即扰动增长处于Rayleigh-Taylor(RT)稳定状态。基于推导的稀疏波诱导一维界面运动理论,考虑了变加速度和变密度效应... 研究了同向稀疏波和激波诱导的轻/重单模界面不稳定性的演化规律。在稀疏波作用下,轻/重界面扰动增长呈现稳定振荡行为,即扰动增长处于Rayleigh-Taylor(RT)稳定状态。基于推导的稀疏波诱导一维界面运动理论,考虑了变加速度和变密度效应,修正了经典的RT稳定模型,能够对RT稳定振荡过程进行较好的预测。进一步研究了激波在RT稳定振荡的不同阶段进行二次冲击的扰动增长行为,发现可以利用两种波系在界面上沉积涡量方向相同或相反来调控界面扰动增长率。此外,在同向稀疏波和激波的作用下,界面演化会从Rayleigh-Taylor(RT)稳定状态转变为Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定状态,这与反向稀疏波和激波作用单模界面扰动增长行为不同。激波冲击之后的扰动线性增长率近似满足叠加原理,而非线性增长规律也可以采用经典的模型来预测。 展开更多
关键词 RM不稳定性 RT稳定性 同向稀疏波-激波 二次冲击 单模界面
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反射激波冲击重气柱的RM不稳定性数值研究 被引量:15
4
作者 王显圣 司廷 +1 位作者 罗喜胜 杨基明 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期664-672,共9页
数值研究了二维气柱在入射激波以及反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性发展规律,采用有限体积法结合网格自适应技术的VAS2D程序,精确刻画激波和界面的演化.入射平面激波的马赫数为1.2,气柱界面内气体为六氟化硫(SF6),环境... 数值研究了二维气柱在入射激波以及反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性发展规律,采用有限体积法结合网格自适应技术的VAS2D程序,精确刻画激波和界面的演化.入射平面激波的马赫数为1.2,气柱界面内气体为六氟化硫(SF6),环境气体为空气,激波管的尾端为固壁.通过改变气柱与尾端之间的距离调节反射激波再次作用已经变形的气柱的时间,获得不同时刻下已经变形的气柱形态、界面尺寸以及环量演化受到反射激波的影响.结果表明,反射激波再次作用气柱时,气柱所处发展阶段不同,界面演化规律以及环量随时间的变化也不相同,反射激波与气柱相互作用过程中的涡量产生和分布与无反射情况差异较大,揭示了不同情况下界面演化的物理机理. 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 气柱 反射激波 环量
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激波冲击V形界面的RM不稳定性实验研究 被引量:3
5
作者 翟志刚 董平 罗喜胜 《高压物理学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期718-726,共9页
在激波管中实验研究了二维V形空气/SF6界面在入射激波和反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov不稳定性发展规律。实验中采用细针约束肥皂膜的方法形成了精确可控的V形初始界面,利用高速纹影技术获得了受冲击的V形界面演化图像。通过改变初... 在激波管中实验研究了二维V形空气/SF6界面在入射激波和反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov不稳定性发展规律。实验中采用细针约束肥皂膜的方法形成了精确可控的V形初始界面,利用高速纹影技术获得了受冲击的V形界面演化图像。通过改变初始V形界面顶角表征初始扰动振幅,获得了不同初始振幅条件下的波系和界面演化。结果表明,不同顶角下,入射激波冲击过后,界面形态表现出明显的差异,进一步导致反射激波冲击后界面形态的多样性。当顶角较小时,反射激波在界面内外引起复杂的波系结构,从而对界面形态及反相现象产生较大的影响。反射激波的二次作用使流场快速进入湍流混合状态,并且顶角较小时流场趋于各向同性发展。对反射激波作用后的界面混合宽度进行了测量,并与理论模型预测结果进行对比,发现理论模型不能很好地预测混合宽度的增长,主要是因为反射激波作用之后流场并没有完全达到湍流混合状态,不符合理论模型的适用条件。 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 V形初始界面 初始扰动振幅 反射激波
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波后滑移线引起的界面变形和R-M不稳定性
6
作者 刘金宏 廖深飞 +1 位作者 黄熙龙 邹立勇 《气体物理》 2018年第1期34-40,共7页
实验研究复杂波形结构引起平面界面变形和反射激波冲击下的R-M不稳定性的问题.在竖直激波管中生成稳定的N_2/SF_6平面界面,激波在圆柱绕射后,冲击平面界面,由此研究复杂激波引起的界面变形.平面激波在圆柱绕射后的流场,演化成具有初始... 实验研究复杂波形结构引起平面界面变形和反射激波冲击下的R-M不稳定性的问题.在竖直激波管中生成稳定的N_2/SF_6平面界面,激波在圆柱绕射后,冲击平面界面,由此研究复杂激波引起的界面变形.平面激波在圆柱绕射后的流场,演化成具有初始入射波、三波点、弯曲反射波、Mach波和Mach反射产生的滑移线等复杂结构.研究复杂结构激波对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.绕柱激波冲击后,平面界面仅在两对滑移线内部发生变形.绕柱激波冲击界面后,两对滑移线将界面分成"内界面"和"外界面",界面变形形态同滑移线和界面相交位置相关.反射激波二次冲击下,界面扰动的增长与Jacobs-Sheeley涡量模型较吻合. 展开更多
关键词 激波管 R-M不稳定性 绕射激波 滑移线 反射激波
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反射激波作用下重气柱界面演化的PIV研究 被引量:8
7
作者 张赋 翟志刚 +1 位作者 司廷 罗喜胜 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期13-17,共5页
在水平激波管中采用PIV方法研究了反射激波作用下SF6重气柱界面的发展演化。采用射流方法形成SF6无膜气柱界面,并以乙二醇作为示踪粒子。利用连续激光片光源结合高速摄影相机对流场进行显示,得到了反射激波作用下SF6气柱界面的发展过程... 在水平激波管中采用PIV方法研究了反射激波作用下SF6重气柱界面的发展演化。采用射流方法形成SF6无膜气柱界面,并以乙二醇作为示踪粒子。利用连续激光片光源结合高速摄影相机对流场进行显示,得到了反射激波作用下SF6气柱界面的发展过程。结果表明,入射激波的冲击会在界面上产生反向旋转的涡环结构,而反射激波的作用会在界面上产生与初始涡环旋转方向相反的次级涡环结构。此外,对反射激波作用后的流场图像进行PIV后处理,获得了流场连续的速度场和涡量场。获得的环量与已有的理论模型进行比较,取得了较好的一致性,也验证了本文实验方法的可行性。 展开更多
关键词 重气柱 反射激波 连续激光片光 PIV 不稳定性
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反射激波作用下两种重气柱界面不稳定性实验研究 被引量:5
8
作者 何惠琴 翟志刚 +1 位作者 司廷 罗喜胜 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期56-60,共5页
在水平方形激波管中对两种无膜重气柱界面(分别是SF6和氩气)在反射激波作用下的不稳定性发展进行了实验研究。气柱界面采用射流技术形成,实验采用连续激光片光源照射流场,乙二醇作为示踪粒子,并用高速摄像机对流场进行拍摄,获得了入射... 在水平方形激波管中对两种无膜重气柱界面(分别是SF6和氩气)在反射激波作用下的不稳定性发展进行了实验研究。气柱界面采用射流技术形成,实验采用连续激光片光源照射流场,乙二醇作为示踪粒子,并用高速摄像机对流场进行拍摄,获得了入射激波以及反射激波共同作用下,两种不同气柱界面的演化过程。实验结果表明,两种气柱的Atwood数不同,界面演化速率不同,反射激波到达前后的界面形态不同。SF6气柱在入射激波作用下会产生两个比较明显的反向的涡环结构,而氩气柱界面上由于产生的涡量较少,涡环结构并不明显。在反射激波作用下,SF6气柱界面会出现明显的次级涡对,而且次级涡对的旋转方向与初始涡环结构的旋转方向相反。对于氩气柱而言,在反射激波作用下虽然也产生了与初始涡环方向相反的次级涡对,但次级涡对始终未充分发展。这是因为反射激波作用时氩气柱界面的Atwood数较小导致氩气柱界面上产生的反向涡量较少。实验结果充分表明了气体Atwood数对界面不稳定性的发展起到了较大的影响。 展开更多
关键词 无膜气柱 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 反射激波 Atwood数 连续片光
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爆轰加载下TATB基钝感炸药的冲击-卸载-再冲击实验装置设计与模拟
9
作者 樊辉 刘坤 +1 位作者 谷岩 孙占峰 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期79-89,共11页
在一些特殊的工程应用和意外事故中,炸药内部可能会受到多次冲击压缩和卸载作用从而使其起爆性能发生变化,因此,需要一种可以模拟多次冲击和卸载的实验加载装置,用以研究炸药在复杂载荷下的起爆响应。基于爆轰加载原理,提出并设计了一... 在一些特殊的工程应用和意外事故中,炸药内部可能会受到多次冲击压缩和卸载作用从而使其起爆性能发生变化,因此,需要一种可以模拟多次冲击和卸载的实验加载装置,用以研究炸药在复杂载荷下的起爆响应。基于爆轰加载原理,提出并设计了一种可以实现完全卸载的冲击-卸载-再冲击的爆轰加载实验装置,利用数值模拟对该装置进行了仿真设计和参数优化,并通过实验验证了数值模拟的准确性和装置设计的可行性。结果表明:利用所设计的爆轰加载装置驱动钨镁双层飞片撞击TATB基钝感炸药,通过调整装置中的间隙宽度,可以对炸药实现完全卸载的冲击-卸载-再冲击加载,为后续研究炸药在复杂载荷多次冲击下的起爆响应提供了一种新的实验技术。 展开更多
关键词 冲击-卸载-再冲击 爆轰加载 TATB基钝感炸药
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激波冲击R22重气柱所导致的射流与混合研究 被引量:14
10
作者 沙莎 陈志华 薛大文 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第14期291-300,共10页
基于大涡模拟,结合五阶加权基本无振荡格式与沉浸边界法对激波自左向右与R22重气柱作用过程进行了数值模拟.数值结果清晰地显示了激波诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性所导致的重气柱变形过程,并与Haas和Sturtevant的实验结果符合.另外,... 基于大涡模拟,结合五阶加权基本无振荡格式与沉浸边界法对激波自左向右与R22重气柱作用过程进行了数值模拟.数值结果清晰地显示了激波诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性所导致的重气柱变形过程,并与Haas和Sturtevant的实验结果符合.另外,结果还揭示了入射激波在气柱内右侧边界发生聚焦并诱导射流的过程,以及在Kelvin-Helmhotz次不稳定性作用下两个主涡滑移层形成次级涡的过程,并分析了气柱变形过程中与周围空气的混合机理.最后,通过改变反射距离对反射激波与不同变形阶段的气柱的再次作用过程进行了研究.结果表明:当激波反射距离较长时,反射激波与充分变形后的气柱作用,使其在流向方向上进一步被压缩;而当激波反射距离较短时,反射激波会在气柱内发生马赫反射,两个三波点附近产生两个高压区,当其传播至气柱左侧边界时对气柱边界造成冲击加速,诱导两道向左传播的反向射流. 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 R22重气柱 反射激波 射流
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绕射激波和反射激波冲击下的Richtmyer-Meshkov不稳定性 被引量:4
11
作者 刘金宏 邹立勇 +3 位作者 廖深飞 曹仁义 王彦平 谭多望 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2014年第11期1203-1212,共10页
利用高速纹影和平面片光测试技术,实验研究低马赫数入射激波绕圆柱体后冲击N2/SF6平面界面,以及来自固壁的反射激波再冲击过程的R-M不稳定性特征.在竖直激波管采用重气体尾部充入,轻气体上部充入,狭缝流出的方式,在实验段狭缝处生成准... 利用高速纹影和平面片光测试技术,实验研究低马赫数入射激波绕圆柱体后冲击N2/SF6平面界面,以及来自固壁的反射激波再冲击过程的R-M不稳定性特征.在竖直激波管采用重气体尾部充入,轻气体上部充入,狭缝流出的方式,在实验段狭缝处生成准静止稳定的N2/SF6平面界面.激波与圆柱作用后的流场是复杂的,包括初始的入射波、弯曲反射波、马赫波、由马赫反射产生的滑移线.研究这些复杂流场对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.与平面激波作用不同的是,在柱体绕射后的激波冲击下,界面会生成局部扰动.实验结果显示,入射激波作用下界面宽度增长缓慢,而反射激波再冲击后,局部扰动会产生大的"尖钉"和"气泡"结构;反射激波与边界层相互作用产生壁面涡,会加剧湍流混合区的增长;来自尾部固壁的反射稀疏波会再次加剧湍流混合区的增长. 展开更多
关键词 激波管 反射激波 激光片光技术 Richmyer-Meshkov不稳定性 湍流混合
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激波两次冲击下重气柱Richtmyer-Meshkov不稳定性的粒子图像测速研究 被引量:2
12
作者 廖深飞 邹立勇 +3 位作者 刘金宏 黄熙龙 柏劲松 王彦平 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期463-470,共8页
采用粒子图像测速(PIV)技术,实验研究了激波两次冲击空气环境中重气体SF6气柱的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,定量表征了流场的速度、涡量和环量。结果表明,激波首次冲击气柱后,界面演化成初始涡对,且在较长时间内涡强度的变化很小。... 采用粒子图像测速(PIV)技术,实验研究了激波两次冲击空气环境中重气体SF6气柱的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,定量表征了流场的速度、涡量和环量。结果表明,激波首次冲击气柱后,界面演化成初始涡对,且在较长时间内涡强度的变化很小。激波二次冲击气柱后:当反射距离较小时,界面衍生出二次涡对,其旋转方向与初始涡对的旋转方向相反,强度显著小于初始涡对的强度;当反射距离较大时,则不衍生大尺度涡结构。初始涡对的环量在激波二次冲击气柱后随时间逐渐减小,说明能量逐渐由流场中的大尺度结构转移至小尺度结构。利用PIV技术得到的初始涡对和二次涡对的环量与理论模型的预测结果吻合较好。 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 二次冲击 粒子图像测速 速度场 环量
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反射激波诱导界面不稳定性研究进展 被引量:10
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作者 丛洲洋 郭旭 司廷 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2020年第10期14-35,共22页
运动激波与流体界面相互作用能够引起复杂的流动现象,包括激波反射折射、界面失稳以及湍流混合等,在自然界和工程实际中具有重要的应用价值和研究意义.入射激波冲击之后,初始界面上的扰动在斜压涡量和压力扰动等机制下经历线性和非线性... 运动激波与流体界面相互作用能够引起复杂的流动现象,包括激波反射折射、界面失稳以及湍流混合等,在自然界和工程实际中具有重要的应用价值和研究意义.入射激波冲击之后,初始界面上的扰动在斜压涡量和压力扰动等机制下经历线性和非线性增长,界面形态不断发生变化;当反射激波再次冲击变形的界面时,涡量的产生及输运将改变界面不稳定性的演化过程,产生不同的物理现象和规律.由于反射激波的生成及控制比单次激波要更加复杂,开展与之相关的界面不稳定性研究工作具有极大的挑战性.本文回顾了近年来学者们在反射激波诱导界面失稳和湍流混合方面取得的实验、数值和理论研究进展,重点从平面和汇聚两种典型的初始激波形状出发,讨论了界面形状、激波强度、反射距离等初始条件对反射激波再次作用下界面不稳定性的影响规律,并进一步展望今后的研究重点和方向. 展开更多
关键词 激波 界面 反射激波 界面不稳定性 湍流混合
原文传递
实现可控再冲击Richtmyer-Meshkov混合的理论方案与应用
14
作者 宋玉 王宇辉 张又升 《气动研究与试验》 2024年第4期70-81,共12页
激波再冲击Richtmyer-Meshkov(RM)湍流混合现象广泛存在于各类自然现象和工程问题中。混合宽度作为刻画RM混合演化最基础的物理量,影响其再冲击后演化的再冲击时间、马赫数等关键物理量已被探明,但定量依赖关系尚存争议。导致上述现状... 激波再冲击Richtmyer-Meshkov(RM)湍流混合现象广泛存在于各类自然现象和工程问题中。混合宽度作为刻画RM混合演化最基础的物理量,影响其再冲击后演化的再冲击时间、马赫数等关键物理量已被探明,但定量依赖关系尚存争议。导致上述现状的一个原因在于现有再冲击RM混合实验和模拟方案,难以做到仅让某单一依赖变量孤立变化,导致确定定量关系的难度增加。为此,本文通过取消传统再冲击RM激波管中用于反射激波的固壁,改为一个能自由产生入射激波的开口端,设计了一种新型的再冲击RM混合激波管。新型激波管可通过改变两个入射激波的距离和强度,实现再冲击马赫数和时间的精准可控。本文在描述新型激波管全过程演化的基础上,结合冲击波关系式、等熵波关系式和接触界面相容关系,给出了全过程中各运动学和热力学量的详细理论计算公式。最后,基于这些理论关系和数值模拟,对Leinov等研究的再冲击RM混合实验进行了再评估。发现在某些工况下,实验数据与理论预测存在一定偏差,这可能暗示了关键数据测量中的潜在误差,研究结果为未来的实验和数值模拟提供了参考。 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV 激波 再冲击 湍流混合 数值模拟
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