液滴和液柱在激波诱导的高速气流作用下变形破碎过程的数值计算

【摘要】RM不稳定性问题是一种十分复杂的多尺度强非线性物理问题，也是高能量密度物理研究的主要内容之一，在天体物理、ICF高新技术、惯性聚变能源、水中炸药爆炸、航天火箭发动机、国防尖端武器等领域有着重要而广泛的研究背景。利用激波管设备开展气体界面RM不稳定性实验研究，同时开展相应的数值模拟和理论分析工作，是当前国际上不稳定性问题的重要研究手段。本文基于一系列激波管实验，对水平激波管中对激波与液滴、液柱的相互作用进行了数值计算研究与分析。本文数值计算内容使用Fluent软件完成。采用实验参数，对不同初始直径的液滴、液柱在马赫数为1.1及1.25的激波作用下的演化过程进行了数值模拟。在实验中，激波是采用铝膜隔开高压气体破膜产生，而在数值计算中我们在激波管中加载高压气体，计算开始高压气体即向右方的低压段作用，产生激波。本文进行了激波管中激波的运动过程、激波与液滴相互作用、激波与液柱相互作用的数值计算，同时依据运动变化过程中的各参数云图，对整个作用的过程作进一步详尽的分析。通过分析参数变化以及与实验结果对比，本文得出以下结论：1，激波管实验中，数值计算结果与激波管理论计算结果有差异；2，激波管实验中，波后气流出现了密度断层，这一发现在以往激波管理论计算中并未被提及；3，激波与液柱相互作用的数值计算必须通过三维模拟解决，实现液柱初始扰动的设置与使得软件顺利计算是两大难点；4，激波与液滴相互作用的数值计算中，在激波穿过液滴期间，液滴的速度，温度等参数几乎不受影响，但液滴内部的压力在激波接触的一瞬间传递到了整个液滴范围；5，在波后气流的作用下，液滴不断变形破碎。不同参数下的数值模拟结果表明，在液滴变形过程中，压强，速度，涡量的演化过程有一致的趋势，但变化速度略有不同。其中以马赫数最高的实验4最为明显。模拟结果与实验结果有非常高的吻合程度，有作为参考的价值。6，通过实验数据对比与数值模拟验证，我们认为，Weber数在液滴破碎过程中为不稳定因素，促进了液滴的破碎；7，通过甘油液滴实验与同参数下实验4数值模拟结果的对比，我们认为Oh对液滴的破碎起抑制作用。同时，甘油实验中，可以观测到类卡门涡街现象，应该是甘油粘性系数大导致该现象产生。
【作者】吴宇；
【导师】施红辉；王超；
【作者基本信息】浙江理工大学，动力工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】数值计算；激波；RM不稳定性；液柱；液滴；

【参考文献】
[1]宗明.7114高低温仪表润滑脂的研制和应用[J].合成润滑材料.2003(04)
[2]洪晓韵.建设面向知识管理信息系统的实例介绍[J].情报杂志,2004,07:19-20.
[3]朱旭静.一类p-Laplace方程最优控制问题的一阶必要条件[D].哈尔滨工业大学,基础数学,2014,硕士.
[4]马秋建.深圳福田保税区金融大厦结构设计与优化对策[D].西安建筑科技大学,结构工程,2004,硕士.
[5]李德强.海洛因诱导大鼠条件性位置偏爱的建立及对氯苯丙氨酸对其影响[D].浙江大学,精神病与精神卫生学,2004,硕士.
[6]田晓丽.基于J2EE技术的远程视频监控系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2011,硕士.
[7]谷是萌.基于数字化特征的城市地下空间建模技术的研究[D].河北工业大学,结构工程,2013,硕士.
[8]励肇华.关于公安信息化建设的系统思考[J].上海公安高等专科学校学报,2002,06:39-42.
[9]徐溢.集成生化低电压芯片电泳系统的基础理论及关键技术研究[D].重庆大学,2006.
[10]周建军.互联网对城市中学德育的影响及其对策分析[D].广西师范大学,教育,2003,硕士.
[11]林佳龙.上汽与吉利跨国并购案例对比分析[D].吉林大学,国际商务,2014,硕士.
[12]高建.80例神经母细胞瘤的临床诊治疗效及预后影响因素分析[D].郑州大学,外科学,2013,硕士.
[13]盖宇鹏.球盖菇科几个种的个体发育研究[D].吉林农业大学,菌类作物,2012,硕士.
[14]朱永波.石墨烯改性LiFePO_4正极材料的制备及电化学性能研究[D].中国海洋大学,2014.
[15]李淑娟.船舶压载水外来生物入侵的法律问题研究[D].大连海事大学,法学,2013,硕士.
[16]朱江菲.整合营销传播中传播渠道及传播媒介的研究[D].内蒙古大学,新闻与传播,2014,硕士.
[17]李旭光.通辽地区地下水水化学特征及防污性能研究[D].吉林大学,地质工程,2014,硕士.
[18]黄巧燕,章晓莉,方伊娜,高海平,曹欣霞.船舶气囊下水静力学模型研究与计算[J].中国水运(下半月),2012,09:41-42+44.
[19]宗群,窦立谦,王维佳.电梯群控系统的一种鲁棒离散优化调度策略[J].控制与决策,2008,05:520-524.
[20]张亚飞.中学生信息共享行为研究[D].河北大学,情报学,2014,硕士.
[21]张宇.矿区村庄水资源保护的困境与出路[D].华中师范大学,地方政府学,2014,硕士.
[22]张晓满.GFRP连续配筋混凝土路面裂缝传荷研究[D].湖北工业大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[23]于会云.磁性聚合物吸附剂的制备及其对铜离子的吸附研究[D].天津大学,材料学,2013,硕士.
[24]罗祖强.p57~(KIP2)、ER、PR在子宫内膜癌中表达及意义的实验研究[D].遵义医学院,病理学与病理生理学,2014,硕士.
[25]刘建卫.媒体治理对企业业绩波动性的影响机制[D].南京大学,企业管理,2013,硕士.
[26]郑举.分布式文本信息处理系统的研究与实现[D].西安电子科技大学,计算机软件与理论,2011,硕士.
[27]毛晓明.微波加热技术在铁矿烧结点火中的应用研究[D].中南大学,冶金工程,2014,博士.
[28]王冀.中国东北地区春季气温的时空特征及其低温过程的诊断分析[D].南京气象学院,气象学,2003,硕士.
[29]曾宇,李强,陈建.原矿浆制备过程的智能优化设定方法及应用[J].冶金自动化,2009,04:5-8+34.
[30]刘高潮,崔辰州,郑小平,赵永恒.虚拟天文台教育门户建设构想[J].天文研究与技术.国家天文台台刊,2004,02:133-139.
[31]傅丛.城市住房保障政策实施情况及问题研究[D].山东财经大学,社会保障,2012,硕士.
[32]朱薇薇.中国奢侈品消费与生活质量相关研究[D].华东理工大学,企业管理,2013,硕士.
[33]王国权.铁路信号电缆对外来地电容不平衡的探讨[J].铁道通信信号.2008(07)
[34]吕海霞.成人大腿高频超声检查及临床应用[D].遵义医学院,影像医学与核医学（专业学位）,2012,硕士.
[35]陆军.江苏进口木材中有害生物的疫情调查研究[D].南京农业大学,农业推广,2012,硕士.
[36]李蒙蒙.ENG基因近端启动子区及5’-UTR区甲基化与非小细胞肺癌关系的研究[D].苏州大学,呼吸内科,2013,硕士.
[37]张蓉蓉.H公司人力资源管理外包的可行性及决策研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[38]张超.大型船用构件力学性能测试平台测控系统研究[D].江苏科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[39]马晓娇.基于建构主义教学理论的对外汉语语音教学研究[D].西北大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[40]于刘涛.多孔氧化物复合电极在超级电容器中的电化学研究[D].安徽师范大学,2013.
[41]张利国,张嘉钟,贾力萍,黄文虎,张学伟.空气弹簧的现状及其发展[J].振动与冲击,2007,02:146-151+183.
[42]钟文荣.试论张家山汉简中对官文书违法行为的处罚[D].吉林大学,历史文献学,2004,硕士.
[43]陶占良,陈军.智能电网储能用二次电池体系[J].科学通报,2012,27:2545-2560.
[44]钱夏庆,王德海,李恒.单体结构对紫外光固化氧阻聚影响的研究[J].影像科学与光化学,2013,04:276-285.
[45]马文洪.基于模块化的阿拉善电业局生产MIS设计与实现[D].华北电力大学,电气工程（专业学位）,2012,硕士.
[46]吴万禄.含分布式电源与充电站的配电网协调规划[D].上海电力学院,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[47]刘隆和,许俊刚,朱平云.一种复合自适应分类算法[J].自动化学报,1989,03:273-277.
[48]戈洁琴.香港迪士尼乐园—被其策略建构的中国人的“呵护场所”[D].四川外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[49]张萍.～（131）I-GMCSF诱导HL60/ADM细胞凋亡的研究[D].重庆医科大学,内科学,2004,硕士.
[50]孙运乾.基于BPEL的业务流程管理在支付系统中的应用研究[D].北京邮电大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.