異種気体界面と収縮衝撃波の干渉による界面の不安定性に関する研究

不同气体界面间干扰和收缩冲击波引起的界面失稳研究

• 批准号: 05750168
• 负责人: 阿部 晃久
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: 神戸商船大学
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750168/
• 关键词: 収縮衝撃波; 異種気体界面; 二次精度TVD差分法; 不安定性

本研究では、収縮衝撃波による超高圧力の発生とその利用技術の発展に関して重要となる収縮衝撃波と異種気体界面との干渉問題について数値シミュレーションによる解明を試みた。計算は衝撃波を伴う圧縮性流れのシミュレーションに良く使用され不連続面の捕獲性能に優れた二次精度風上型TVD差分法(Harten-Yee type)を用い、Euler方程式を解いた。スキームの確認として平面衝撃波と正弦曲線形状の界面との干渉問題を解き、Meshkovの実験結果と比較した結果、定性的に良好な結果を得た。問題解明の第一歩として界面形状の変化や干渉後の衝撃波の伝播挙動等を明らかにするため単純な正方形状の界面を選択し、初期衝撃波マッハ数1.5の円筒収縮衝撃波を界面に入射させた。fast/slow現象ならびにslow/fast現象を模擬するため、異種気体界面にはAir/SF6界面とAir/He界面を用いた。その結果界面形状の変化は、透過衝撃波背後の流れよりも、衝撃波が界面に入射した直後に発生する界面での反射波(圧縮波または膨脹波)が界面の上流側の粒子速度に著しい影響を与えてその粒子速度によって生じることが明かとなった。さらに周方向への透過衝撃波の反射がfast/slow現象ならびにslow/fast現象の特徴的な海面形状を決定する重要な要因となることがわかった。したがって、初期異種気体界面形状の波数が増加すれば短時間のうちに周方向から圧縮波または膨脹波が伝播してくることになり不安定性の成長に著しく影響することになると考えられる。また、本計算では円筒座標系とカルテシアン座標系を用いて計算を行い、界面形状の格子の種類による影響を調べた。本計算に使用した計算機(神戸商船大学計算センター)の能力不足のため充分な格子を配することが出来なかったが、界面形状は1格子の乱れでも最終的に著しい振幅の増大がみられ、初期界面形状に対する格子形状の選択が重要であることがわかった。

在本研究中，我们试图通过数值模拟来阐明收缩冲击波与异种气体界面之间的干扰问题，这对于收缩冲击波产生超高压及其利用技术的发展具有重要意义。欧拉方程采用二阶精密迎风TVD差分法（Harten-Yee型）求解，该法常用于模拟伴随冲击波的可压缩流，对不连续表面具有优异的捕获性能。为了验证该方案，我们解决了平面激波与正弦界面之间的干涉问题，并将其与Meshkov的实验结果进行了比较，我们得到了定性的良好结果。作为解决问题的第一步，我们选择了一个简单的方形界面，并制作了初始激波马赫数为1.5的圆柱收缩激波入射到界面上，以明确界面形状的变化和传播干扰后的冲击波行为。为了模拟快/慢和慢/快现象，使用Air/SF6接口和Air/He接口作为不同的气体接口。由此可见，界面形状的变化表明，冲击波进入界面后立即发生的界面反射波（压缩波或膨胀波）对界面上游侧的颗粒速度影响更为显着。显然，这是由粒子速度引起的。此外，发现传播的冲击波在圆周方向上的反射是决定快/慢现象和慢/快现象特征海面形状的重要因素。因此，如果初始不同气体界面形状的波数增加，压缩波或膨胀波将在短时间内从圆周方向传播，这将显着影响不稳定性的增长。另外，在该计算中，使用柱坐标系和笛卡尔坐标系进行计算，并研究了晶格类型对界面形状的影响。尽管由于用于计算的计算机（神户大学商船计算中心）的容量不足而无法布置足够的网格，但即使界面形状中的一个网格扰动最终也会导致振幅显着增加。发现相对于初始界面形状的晶格形状的选择很重要。