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可压流体Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann模拟

李德梅 赖惠林 许爱国 张广财 林传栋 甘延标

可压流体Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann模拟

李德梅, 赖惠林, 许爱国, 张广财, 林传栋, 甘延标
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  • 使用离散Boltzmann模型模拟了可压流体系统中多模初始情况下的Rayleigh-Taylor不稳定性.该离散Boltzmann模型等效于一个Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型.通过模拟Riemann问题:Sod激波管、冲击波碰撞和热Couette流问题验证模型的有效性,所得数值结果与解析解一致.利用该模型对界面间断随机多模初始扰动的可压Rayleigh-Taylor不稳定性进行数值模拟研究,得到不稳定性界面演化过程的基本图像.由于黏性和热传导共同作用,一开始扰动界面被“抹平”,演化较慢;随着模式互相耦合而减少,演化开始加速,并经历非线性小扰动阶段和不规则非线性阶段,而后发展成典型的“蘑菇状”,后期进入湍流混合阶段.由于扰动模式的耦合与发展,轻重流体的重力势能、压缩能与动能相互转化,系统先是趋于热动平衡态,而后偏离热动平衡态以线性形式增长,接着再次趋于热动平衡态,最后慢慢远离热动平衡态.
      通信作者: 赖惠林, hllai@fjnu.edu.cn;Xu_aiguo@iapcm.ac.cn ; 许爱国, hllai@fjnu.edu.cn;Xu_aiguo@iapcm.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11301082,11475028,11772064)、福建省自然科学基金(批准号:2014J05003)、福建省教育厅项目(批准号:JA13069,JB13020)、河北省自然科学基金(批准号:A2017409014)、河北省教育厅重点项目(批准号:ZD2017001)和河北省人才工程培养经费(批准号:A201500111)资助的课题.
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    Xu A G, Zhang G C 2016 Special Academic Report of Electromechanical College of Nanjing Forestry University Nanjing, China, Oct. 25, 2016 (in Chinese)[许爱国, 张广财 2016 南京林业大学机电学院专题学术报告, 中国南京, 2016年10月25日]

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-04
  • 修回日期:  2018-01-29
  • 刊出日期:  2019-04-20

可压流体Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann模拟

  • 1. 福建师范大学数学与信息学院, 福建省分析数学及应用重点实验室, 福州 350117;
  • 2. 北京应用物理与计算数学研究所, 计算物理国家重点实验室, 北京 100088;
  • 3. 北京大学, 应用物理与技术研究中心, 高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室, 北京 100871;
  • 4. 清华大学能源与动力工程系, 燃烧能源中心, 北京 100084;
  • 5. 北华航天工业学院, 廊坊 065000
  • 通信作者: 赖惠林, hllai@fjnu.edu.cn;Xu_aiguo@iapcm.ac.cn ; 许爱国, hllai@fjnu.edu.cn;Xu_aiguo@iapcm.ac.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11301082,11475028,11772064)、福建省自然科学基金(批准号:2014J05003)、福建省教育厅项目(批准号:JA13069,JB13020)、河北省自然科学基金(批准号:A2017409014)、河北省教育厅重点项目(批准号:ZD2017001)和河北省人才工程培养经费(批准号:A201500111)资助的课题.

摘要: 使用离散Boltzmann模型模拟了可压流体系统中多模初始情况下的Rayleigh-Taylor不稳定性.该离散Boltzmann模型等效于一个Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型.通过模拟Riemann问题:Sod激波管、冲击波碰撞和热Couette流问题验证模型的有效性,所得数值结果与解析解一致.利用该模型对界面间断随机多模初始扰动的可压Rayleigh-Taylor不稳定性进行数值模拟研究,得到不稳定性界面演化过程的基本图像.由于黏性和热传导共同作用,一开始扰动界面被“抹平”,演化较慢;随着模式互相耦合而减少,演化开始加速,并经历非线性小扰动阶段和不规则非线性阶段,而后发展成典型的“蘑菇状”,后期进入湍流混合阶段.由于扰动模式的耦合与发展,轻重流体的重力势能、压缩能与动能相互转化,系统先是趋于热动平衡态,而后偏离热动平衡态以线性形式增长,接着再次趋于热动平衡态,最后慢慢远离热动平衡态.

English Abstract

参考文献 (37)

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