非平衡效应对多相Richtmyer-Meshkov不稳定性的影响
文献类型:学位论文
作者 | 司英明![]() |
答辩日期 | 2024-05-17 |
文献子类 | 硕士 |
授予单位 | 中国科学院大学 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 王春 ; 孟宝清 |
关键词 | 非平衡效应,多相Richtmyer-Meshkov不稳定性,混合区域宽度,气体-液滴流动 |
学位专业 | 流体力学 |
其他题名 | The impact of non-equilibrium effects on multiphase Richtmyer- Meshkov instability |
英文摘要 | 激波驱动的气体液滴流动通常伴随Richtmyer-Meshkov不稳定性(RMI),广泛存在于自然现象和工程应用。该过程涉及相间速度、温度、蒸汽浓度和液滴表面受力的非平衡因素,对气液流动动力学特性和混合区域演化产生重要影响。然而,已有研究中缺乏对其影响机理的探索,因此本文深入研究了四种非平衡效应所导致的曳力、传热、蒸发和破碎对气液多相RMI的影响。我们采用欧拉-拉格朗日框架来统一建模气液流动系统,结合理论与数值研究方法,以准确模拟多相RMI问题中的非平衡效应。 针对速度非平衡效应,我们剖析St数在预测混合区域增长时失效原因,提出描述曳力影响的无量纲数,建立极限条件下混合区域宽度的理论模型并揭示液滴参数的影响规律。考虑液滴体积分数、半径和气体粘度等因素,构建基于曳力弛豫时间与气体特征时间之比的无量纲数Sd,以量化曳力对气体速度的影响。建立极限液滴参数下混合区域宽度增长的理论模型:在液滴密度极大时呈指数增长,在半径极大或二者都较大时呈线性增长。揭示液滴参数变化对混合区域宽度增长的影响规律,发现通过不同路径的增大St数会导致混合区域宽度发生分叉现象,验证理论模型及Sd数的有效性。 针对温度非平衡效应,我们提出衡量液滴传热影响的无量纲数,并揭示其对混合区域宽度的影响机理。综合液滴体积分数、气体比热和传热系数等参数,导出无量纲传热弛豫时间τh来表征传热效果,表明液滴体积分数的量变会引起传热效果的质变。数值模拟显示,传热效应降低混合区域宽度增长率,减弱涡量沉积。通过波系结构和Budget分析,揭示传热效应影响机理:降低含液滴区域的气体温度和压强,减小混合区域附近压强梯度,使得气体速度减慢,且下游气泡较上游尖钉减速更明显,导致混合区域宽度降低。此外,对液滴体积分数和温度自相似性的规律性探索,验证τh数的有效性。 针对蒸发和破碎效应,我们发现其对多相系统的影响具有高复杂度和多因素耦合的特点,探讨二者对混合区域宽度影响机理。理论和数值分析表明,蒸发效应逐渐减小液滴半径和温度,但耦合量变化微弱,对气液流动影响较小。破碎效应剧烈改变液滴属性,减小其半径、增加其数量,导致液滴群向下游聚集,加速传热和蒸发过程,显著改变气液流动结构。破碎还导致混合区域宽度增长速率突变,随后恢复至接近原值。液滴迅速破碎导致气体速度急剧下降后上升,混合区域宽度增长滞后;随后,破碎降低两相速度差,减弱相间曳力,加快气体运动速度,但由于尖钉气泡速度增幅相近,混合区域宽度增长速率保持近似。 |
语种 | 中文 |
源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/95116] ![]() |
专题 | 力学研究所_高温气体动力学国家重点实验室 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 司英明. 非平衡效应对多相Richtmyer-Meshkov不稳定性的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式: OAI收割
来源:力学研究所
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