平面激波冲击下不同形状Air/Helium界面演化的数值模拟

摘要

本文在激波马赫数Ma=1.2条件下,对激波与三种形状重/轻(air/helium)界面相互作用后早期的演化过程进行了数值研究,界面形状包括矩形、椭圆形和菱形。数值方法采用自适应的非结构四边形网格,有限体积法结合MUSCL-Hancock以及HLL格式求解欧拉方程,在空间上、时间上具有二阶精度。文中对激波作用后各种形状界面的波系结构、涡量的产生与分布、界面的演化以及环量进行了定性和定量的分析与对比,以评析界面形状对界面不稳定发展的影响。结果表明:激波与不同形状界面相互作用后,界面发生变形,流场呈现出复杂的波系结构。上游界面产生的“尖钉”结构对界面的演变影响很大。由于斜压效应的不同,在界面上产生的涡量的大小与分布也有所不同。初始扰动在涡量和波系影响下变形与发展,进而形成不同的演变方式。