激波作用下R22气泡射流现象研究

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平面激波与气泡界面的相互作用是一个复杂的过程,不仅激波会在界面处出现折射、反射、衍射以及散射等物理现象,而且气泡内外的气体属性也影响着波系结构的发展形式。大密度气泡在激波作用下出现的射流现象是一个非常有趣的物理现象,气泡射流现象的出现与入射激波的强度密切相关,圆柱气泡与球形气泡出现的射流结构又有所不同,但是国内外对气泡射流结构的相关研究十分罕见,气泡内部的波系结构分析很不清晰,因此值得对气泡射流现象进行讨论分析。为此,论文针对R22气泡,利用数值模拟方法对气泡在激波作用下的射流现象进行了详细的阐述,对不同强度激波作用下气泡有无射流的情形做了对照分析,解释了气泡出现射流现象的原因所在。计算程序采用Level set方法捕获物质界面,采用真实虚拟流体方法(rGFM)定义界面边界条件,采用五阶WENO格式和三阶TVD Runge-Kutta方法求解Euler方程的空间项和时间项,通过计算结果与实验的对比,证明该程序能够可靠地反映真实物理现象。论文对圆柱气泡与球形气泡两种情形做了一系列数值实验,并由此对气泡射流现象进行了总结,归纳出了重物质气泡射流现象的发展过程中所具有的特征,发现气泡射流现象只出现在一定强度范围内的激波作用下;在出现射流现象的情形中,气泡内部都有激波汇聚焦点和马赫杆(马赫盘)结构形成并直接作用在气泡界面上;当马赫杆(马赫盘)宽度(直径)过大时,无射流结构出现;而球形气泡相比于圆柱气泡激波汇聚焦点形成的更早,但剖面积变化量较小。
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