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磁控条件下激波冲击三角形气柱过程的数值研究

董国丹 张焕好 林震亚 秦建华 陈志华 郭则庆 沙莎

磁控条件下激波冲击三角形气柱过程的数值研究

董国丹, 张焕好, 林震亚, 秦建华, 陈志华, 郭则庆, 沙莎
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  • 本文基于磁流体动力学方程组,在保证磁场散度为零的条件下,采用CTU+CT(corner transport upwind+constrained transport)算法,对有无磁场控制下激波与重质或轻质三角形气柱相互作用过程进行数值研究.结果表明:无论有无磁场,两气柱在激波冲击下均具有完全不同的波系结构和射流现象.其中,入射激波与重气柱发生常规折射,形成介质射流,而与轻气柱作用则发生非常规折射,形成反相空气射流.无磁场时,气柱在激波冲击下,产生Richtmyer-Meshkov和Kelvin-Helmholtz不稳定性,界面出现次级涡序列,重气柱上下角卷起形成主涡对,轻气柱空气射流穿过下游界面后形成偶极子涡.施加横向磁场后,次级涡序列、主涡对以及偶极子涡均消失.进一步研究表明,在磁场作用下,洛伦兹力将不稳定性诱导产生的涡量向界面两侧的Alfvn波上输运,减少界面涡量沉积,抑制界面卷起失稳.最终,涡量沿界面两侧形成相互远离的涡层,界面不稳定性得到控制.此外,定量分析表明磁场能加快两气柱上游界面的运动,抑制下游界面的运动,且对轻气柱的控制效果更好.
    [1]

    Brouillette M 2002 Annu. Rev. Fluid Mech. 34 445

    [2]

    Lindl J, Landen O, Edwards J, Moses E 2014 Phys. Plasmas 21 339

    [3]

    Sano T, Nishihara K, Matsuoka C, Inoue T 2012 ApJ. 758 12

    [4]

    Richtmyer R D 1960 Commun. Pure Appl. Math. 13 297

    [5]

    Meshkov E E 1969 Fluid Dyn. 4 101

    [6]

    Rudinger G, Somers L M 1960 J. Fluid Mech. 7 161

    [7]

    Haas J F, Sturtevant B 1987 J. Fluid Mech. 181 41

    [8]

    Layes G, Jourdan G, Houas L 2003 Phys. Rev. Lett. 91 174502

    [9]

    Layes G, Jourdan G, Houas L 2009 Phys. Fluids 21 074102

    [10]

    Ranjan D, Oakley J, Bonazza R 2011 Annu Rev. Fluid Mech. 43 117

    [11]

    Ranjan D, Niederhaus J H J, Oakley J G, Anderson M H 2008 Phys. Fluids 20 24

    [12]

    Zhai Z G, Wang M H, Si T, Luo X S 2014 J. Fluid Mech. 757 800

    [13]

    Luo X S, Wang M H, Si T, Zhai Z G 2015 J. Fluid Mech. 773 366

    [14]

    Dong P, Si T, Zhai Z G 2016 J. Fluid Mech. 802 186

    [15]

    Sha S, Chen Z H, Xue D W 2013 Acta Phys. Sin. 62 144701 (in Chinese)[沙莎, 陈志华, 薛大文 2013 物理学报 62 144701]

    [16]

    Sha S, Chen Z H, Xue D W, Zhang H 2014 Acta Phys. Sin. 63 085205 (in Chinese)[沙莎, 陈志华, 薛大文, 张辉 2014 物理学报 63 085205]

    [17]

    Sha S, Chen Z H, Zhang Q B 2015 Acta Phys. Sin. 64 015201 (in Chinese)[沙莎, 陈志华, 张庆兵 2015 物理学报 64 015201]

    [18]

    Mininni P D 2010 Annu. Rev. Fluid Mech. 43 377

    [19]

    Tao Y S, Wang L F, Ye W H, Zhang G C, Zhang J C, Li Y J 2012 Acta Phys. Sin. 61 075207 (in Chinese)[陶烨晟, 王立锋, 叶文华, 张广财, 张建成, 李英骏 2012 物理学报 61 075207]

    [20]

    Li Y, Luo X S 2014 Acta Phys. Sin. 63 085230 (in Chinese)[李源, 罗喜胜 2014 物理学报 63 085230]

    [21]

    Wu C C 2000 J. Geophys. Res-Space 105 7533

    [22]

    Samtaney R 2003 Phys. Fluids 15 L53

    [23]

    Wheatley V, Pullin D I, Samtaney R 2005 Phys. Rev. Lett. 95 125002

    [24]

    Wheatley V, Samtaney R, Pullin D I 2009 Phys. Fluids 21 082102

    [25]

    Wheatley V, Samtaney R, Pullin D I, Gehre R M 2014 Phys. Fluids 26 238

    [26]

    Sano T, Inoue T, Nishihara K 2013 Phys. Rev. Lett. 111 20500

    [27]

    Cao J T, Wu Z W, Ren H J, Dong L 2008 Phys. Plasmas 15 445

    [28]

    Mostert W, Wheatley V, Samtaney R, Pullin D I 2015 Phys. Fluids 27 104102

    [29]

    Lin Z Y, Zhang H H, Chen Z H, Liu Y, Hong Y J 2017 Int. J. Comput. Fluid D. 31 21

    [30]

    Lin Z Y, Zhang H H, Chen Z H, Liu Y 2017 Explosion and Shock Waves 37 748 (in Chinese)[林震亚, 张焕好, 陈志华, 刘迎 2017 爆炸与冲击 37 748]

    [31]

    Gardiner T A, Stone J M 2008 J. Comput. Phys. 227 4123

    [32]

    Londrillo P, Zanna L D 2003 J. Comput. Phys. 195 17

    [33]

    Qin J H, Jiang X H, Dong G D, Guo Z Q, Chen Z H 2018 Fluid Dyn. Res. 50 045508

    [34]

    Henderson L F, Colella P, Puckett E G 2006 J. Fluid Mech. 224 1

    [35]

    Landau L D, Lifshitz E M 1960 Electrodynamics of Continuous Media (Oxford: Pergamon) pp241-243

  • [1]

    Brouillette M 2002 Annu. Rev. Fluid Mech. 34 445

    [2]

    Lindl J, Landen O, Edwards J, Moses E 2014 Phys. Plasmas 21 339

    [3]

    Sano T, Nishihara K, Matsuoka C, Inoue T 2012 ApJ. 758 12

    [4]

    Richtmyer R D 1960 Commun. Pure Appl. Math. 13 297

    [5]

    Meshkov E E 1969 Fluid Dyn. 4 101

    [6]

    Rudinger G, Somers L M 1960 J. Fluid Mech. 7 161

    [7]

    Haas J F, Sturtevant B 1987 J. Fluid Mech. 181 41

    [8]

    Layes G, Jourdan G, Houas L 2003 Phys. Rev. Lett. 91 174502

    [9]

    Layes G, Jourdan G, Houas L 2009 Phys. Fluids 21 074102

    [10]

    Ranjan D, Oakley J, Bonazza R 2011 Annu Rev. Fluid Mech. 43 117

    [11]

    Ranjan D, Niederhaus J H J, Oakley J G, Anderson M H 2008 Phys. Fluids 20 24

    [12]

    Zhai Z G, Wang M H, Si T, Luo X S 2014 J. Fluid Mech. 757 800

    [13]

    Luo X S, Wang M H, Si T, Zhai Z G 2015 J. Fluid Mech. 773 366

    [14]

    Dong P, Si T, Zhai Z G 2016 J. Fluid Mech. 802 186

    [15]

    Sha S, Chen Z H, Xue D W 2013 Acta Phys. Sin. 62 144701 (in Chinese)[沙莎, 陈志华, 薛大文 2013 物理学报 62 144701]

    [16]

    Sha S, Chen Z H, Xue D W, Zhang H 2014 Acta Phys. Sin. 63 085205 (in Chinese)[沙莎, 陈志华, 薛大文, 张辉 2014 物理学报 63 085205]

    [17]

    Sha S, Chen Z H, Zhang Q B 2015 Acta Phys. Sin. 64 015201 (in Chinese)[沙莎, 陈志华, 张庆兵 2015 物理学报 64 015201]

    [18]

    Mininni P D 2010 Annu. Rev. Fluid Mech. 43 377

    [19]

    Tao Y S, Wang L F, Ye W H, Zhang G C, Zhang J C, Li Y J 2012 Acta Phys. Sin. 61 075207 (in Chinese)[陶烨晟, 王立锋, 叶文华, 张广财, 张建成, 李英骏 2012 物理学报 61 075207]

    [20]

    Li Y, Luo X S 2014 Acta Phys. Sin. 63 085230 (in Chinese)[李源, 罗喜胜 2014 物理学报 63 085230]

    [21]

    Wu C C 2000 J. Geophys. Res-Space 105 7533

    [22]

    Samtaney R 2003 Phys. Fluids 15 L53

    [23]

    Wheatley V, Pullin D I, Samtaney R 2005 Phys. Rev. Lett. 95 125002

    [24]

    Wheatley V, Samtaney R, Pullin D I 2009 Phys. Fluids 21 082102

    [25]

    Wheatley V, Samtaney R, Pullin D I, Gehre R M 2014 Phys. Fluids 26 238

    [26]

    Sano T, Inoue T, Nishihara K 2013 Phys. Rev. Lett. 111 20500

    [27]

    Cao J T, Wu Z W, Ren H J, Dong L 2008 Phys. Plasmas 15 445

    [28]

    Mostert W, Wheatley V, Samtaney R, Pullin D I 2015 Phys. Fluids 27 104102

    [29]

    Lin Z Y, Zhang H H, Chen Z H, Liu Y, Hong Y J 2017 Int. J. Comput. Fluid D. 31 21

    [30]

    Lin Z Y, Zhang H H, Chen Z H, Liu Y 2017 Explosion and Shock Waves 37 748 (in Chinese)[林震亚, 张焕好, 陈志华, 刘迎 2017 爆炸与冲击 37 748]

    [31]

    Gardiner T A, Stone J M 2008 J. Comput. Phys. 227 4123

    [32]

    Londrillo P, Zanna L D 2003 J. Comput. Phys. 195 17

    [33]

    Qin J H, Jiang X H, Dong G D, Guo Z Q, Chen Z H 2018 Fluid Dyn. Res. 50 045508

    [34]

    Henderson L F, Colella P, Puckett E G 2006 J. Fluid Mech. 224 1

    [35]

    Landau L D, Lifshitz E M 1960 Electrodynamics of Continuous Media (Oxford: Pergamon) pp241-243

  • [1] 董国丹, 郭则庆, 秦建华, 张焕好, 姜孝海, 陈志华, 沙莎. 不同磁场构型下Richtmyer-Meshkov不稳定性的数值研究及动态模态分解. 物理学报, 2019, 68(16): 165201. doi: 10.7498/aps.68.20190410
    [2] 霍新贺, 王立锋, 陶烨晟, 李英骏. 非理想流体中Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性气泡速度研究 . 物理学报, 2013, 62(14): 144705. doi: 10.7498/aps.62.144705
    [3] 刘迎, 陈志华, 郑纯. 黏性各向异性磁流体Kelvin-Helmholtz不稳定性: 二维数值研究. 物理学报, 2019, 68(3): 035201. doi: 10.7498/aps.68.20181747
    [4] 沙莎, 张焕好, 陈志华, 郑纯, 吴威涛, 石启陈. 纵向磁场抑制Richtmyer-Meshkov不稳定性机理. 物理学报, 2020, 69(18): 184701. doi: 10.7498/aps.69.20200363
    [5] 陶烨晟, 王立锋, 叶文华, 张广财, 张建成, 李英骏. 任意Atwood数Rayleigh-Taylor和 Richtmyer-Meshkov 不稳定性气泡速度研究. 物理学报, 2012, 61(7): 075207. doi: 10.7498/aps.61.075207
    [6] 沙莎, 陈志华, 薛大文, 张辉. 激波与SF6梯形气柱相互作用的数值模拟. 物理学报, 2014, 63(8): 085205. doi: 10.7498/aps.63.085205
    [7] 吴 翊, 荣命哲, 杨 飞, 王小华, 马 强, 王伟宗. 引入6波段P-1辐射模型的三维空气电弧等离子体数值分析. 物理学报, 2008, 57(9): 5761-5767. doi: 10.7498/aps.57.5761
    [8] 沙莎, 陈志华, 薛大文. 激波冲击R22重气柱所导致的射流与混合研究 . 物理学报, 2013, 62(14): 144701. doi: 10.7498/aps.62.144701
    [9] 李冬冬, 王革, 张斌. 激波作用不同椭圆氦气柱过程中流动混合研究. 物理学报, 2018, 67(18): 184702. doi: 10.7498/aps.67.20180879
    [10] 李俊涛, 孙宇涛, 潘建华, 任玉新. 冲击加载下V形界面的失稳与湍流混合. 物理学报, 2016, 65(24): 245202. doi: 10.7498/aps.65.245202
    [11] 李俊涛, 孙宇涛, 胡晓棉, 任玉新. 激波冲击V形界面重气体导致的壁面与旋涡作用及其对湍流混合的影响. 物理学报, 2017, 66(23): 235201. doi: 10.7498/aps.66.235201
    [12] 丁明松, 傅杨奥骁, 高铁锁, 董维中, 江涛, 刘庆宗. 高超声速磁流体力学控制霍尔效应影响. 物理学报, 2020, 69(21): 214703. doi: 10.7498/aps.69.20200630
    [13] 丁明松, 江涛, 董维中, 高铁锁, 刘庆宗, 傅杨奥骁. 热化学模型对高超声速磁流体控制数值模拟影响分析. 物理学报, 2019, 68(17): 174702. doi: 10.7498/aps.68.20190378
    [14] 杨涓, 石峰, 杨铁链, 孟志强. 电子回旋共振离子推力器放电室等离子体数值模拟. 物理学报, 2010, 59(12): 8701-8706. doi: 10.7498/aps.59.8701
    [15] 薛创, 丁宁, 孙顺凯, 肖德龙, 张扬, 黄俊, 宁成, 束小建. 脉冲功率驱动器与Z箍缩负载耦合的全电路数值模拟. 物理学报, 2014, 63(12): 125207. doi: 10.7498/aps.63.125207
    [16] 丁明松, 江涛, 刘庆宗, 董维中, 高铁锁, 傅杨奥骁. 基于电流积分计算磁矢量势修正的低磁雷诺数方法. 物理学报, 2020, 69(13): 134702. doi: 10.7498/aps.69.20200091
    [17] 沙莎, 陈志华, 张庆兵. 激波与SF6球形气泡相互作用的数值研究. 物理学报, 2015, 64(1): 015201. doi: 10.7498/aps.64.015201
    [18] 马天鹏, 胡立群, 陈开云. 小波变换在HT-7 Tokamak磁流体动力学振荡动态频谱分析中的应用. 物理学报, 2010, 59(10): 7209-7213. doi: 10.7498/aps.59.7209
    [19] 蒋亦民, 刘佑. 水-气-颗粒固体三相混合系统的流体动力学. 物理学报, 2013, 62(20): 204501. doi: 10.7498/aps.62.204501
    [20] 裴世鑫, 徐辉, 孙婷婷, 李金花. 正三角型三芯光纤中等腰对称平面波的调制不稳定性分析. 物理学报, 2018, 67(5): 054203. doi: 10.7498/aps.67.20171650
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-09
  • 修回日期:  2018-07-11
  • 刊出日期:  2019-10-20

磁控条件下激波冲击三角形气柱过程的数值研究

    基金项目: 

    国家自然科学青年科学基金(批准号:11502117,11702005)资助的课题.

摘要: 本文基于磁流体动力学方程组,在保证磁场散度为零的条件下,采用CTU+CT(corner transport upwind+constrained transport)算法,对有无磁场控制下激波与重质或轻质三角形气柱相互作用过程进行数值研究.结果表明:无论有无磁场,两气柱在激波冲击下均具有完全不同的波系结构和射流现象.其中,入射激波与重气柱发生常规折射,形成介质射流,而与轻气柱作用则发生非常规折射,形成反相空气射流.无磁场时,气柱在激波冲击下,产生Richtmyer-Meshkov和Kelvin-Helmholtz不稳定性,界面出现次级涡序列,重气柱上下角卷起形成主涡对,轻气柱空气射流穿过下游界面后形成偶极子涡.施加横向磁场后,次级涡序列、主涡对以及偶极子涡均消失.进一步研究表明,在磁场作用下,洛伦兹力将不稳定性诱导产生的涡量向界面两侧的Alfvn波上输运,减少界面涡量沉积,抑制界面卷起失稳.最终,涡量沿界面两侧形成相互远离的涡层,界面不稳定性得到控制.此外,定量分析表明磁场能加快两气柱上游界面的运动,抑制下游界面的运动,且对轻气柱的控制效果更好.

English Abstract

参考文献 (35)

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