轻/重界面上强激波非定常折射的数值研究

摘要

当激波遇到两种不同组分流体界面时，由于界面两侧介质的声阻抗不同，激波会在界面上发生折射现象。近年来，因在科学和工程实际中具有重要的应用前景，有关激波折射的研究逐渐受到重视。而由于在高能物理中的重要应用价值，汇聚激波作用下激波折射的研究则显得尤为重要。本文在轻/重(Air/SF6)界面条件下分别数值研究了入射角连续变化和马赫数连续变化以及二者同时变化对激波非定常折射波系结构以及波系转变的影响。数值研究的程序采用HOWD(High Order WENO and Double-flux)方法，该方法利用有限差分法离散可压缩多组分Euler方程，通过双通量算法成功克服物质界面附近由于比热比的不同导致的数值震荡问题，并进一步将该算法与高阶WENO以及三阶龙格-库塔法耦合，使得程序具有较高的时空分辨率。
　　本文利用平面激波在凹形或凸形界面上的非定常折射现象研究了入射角连续变化的影响。结果表明，随着入射角由大变小，非定常折射的波系结构类型与准定常折射的波系结构有两点区别:一是马赫反射折射(MRR，Mach Reflection Refraction)类型是否出现受前曲折射(CFR，Concave Forwards Refraction)的影响;二是出现了一种新的折射波系结构，即过渡规则折射（TRRR，Transitioned Regular Refraction with Reflected shock）。而随着入射角由小变大，非定常折射的波系结构类型与准定常折射的波系结构也有两点区别:一是马赫反射折射的马赫杆出现的角度区域推迟，但范围变大;二是未观测到CFR类型，但MRR发展后期马赫杆出现类似于CFR的底部变形。
　　本文利用汇聚激波在定入射角界面上的非定常折射现象研究了马赫数连续变化的影响;最后利用汇聚激波在平直界面上的非定常折射现象研究了二者同时变化的影响。结果表明，相对于入射角连续变化，在强激波范围内，马赫数连续变化对非定常折射波系结构变化的影响要小很多。此外，入射角与马赫数同时变化的情况，即汇聚激波在平直界面上折射，也可以得到类似的结论。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 本文结构安排

第二章 数值方法与程序验证

2．1 控制方程

2．2 离散格式

2．2．1 数值通量

2．2．2 高阶重构

2．2．3 双通量算法

2．3 程序验证

2．3．1 准定常折射的数值对比

2．3．2 非定常折射的数值对比

2．4 模型设置

2．4．1 计算及初始条件

2．4．2 数值模拟收敛性验证

2．5 本章小结

第三章 平面激波条件下非定常折射的数值研究

3．1 入射角由大变小对激波折射的影响

3．2 入射角由小变大对激波折射的影响

3．3 本章小结

第四章 汇聚激波条件下非定常折射的数值研究

4．1 马赫数由小变大对非定常折射的影响

4．2 入射角和马赫数同时连续变化对非定常折射的影响

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 主要创新点

5．3 工作展望

参考文献

致谢

在读期间所发表的学术论文与取得的其他研究成果