Моделирование развития неустойчивости Рихтмайера–Мешкова и перехода к развитой турбулентности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен критерий для оценки момента перехода от этапа развития неустойчивости Рихтмайера–Мешкова к развитой турбулентности на шероховатых контактных границах слоистых газовых систем. Выполнено моделирование ряда лабораторных экспериментов. В первой серии экспериментов неустойчивость Рихтмайера–Мешкова возникает на двух контактных границах тонкого газового слоя после прохождения ударной волны. В опытах тонкий слой (гофрированная газовая занавеска) формируется путем прокачки тяжелого газа (SF6) через сопловой блок поперек ударной трубы, заполненной воздухом. Во второй серии опытов ударная волна проходит через возмущенную по синусоиде контактную границу двух разноплотных газов (слойки воздух-SF6 и He-SF6). В этой серии опытов торец трубы либо соединен с атмосферой, либо закрыт жесткой стенкой. Моделирование развития неустойчивости Рихтмайера–Мешкова и перехода к турбулентному перемешиванию выполнено с использованием неявного метода крупных вихрей (ILES) по методике МИМОЗА. Проведено сравнение с имеющейся экспериментальной информацией.

Об авторах

В. В. Змушко

Российский федеральный ядерный центр – ВНИИ экспериментальной физики

Автор, ответственный за переписку.
Email: VVZmushko@vniief.ru
Россия, Нижегородская обл., Саров

М. И. Полищук

Российский федеральный ядерный центр – ВНИИ экспериментальной физики

Email: MIPolischuk@vniief.ru
Россия, Нижегородская обл., Саров

А. Н. Разин

Российский федеральный ядерный центр – ВНИИ экспериментальной физики

Email: ANRazin@vniief.ru
Россия, Нижегородская обл., Саров

А. А. Синельникова

Российский федеральный ядерный центр – ВНИИ экспериментальной физики

Email: AnASinelnikova@vniief.ru
Россия, Нижегородская обл., Саров

А. Н. Щербаков

Российский федеральный ядерный центр – ВНИИ экспериментальной физики

Email: ANScherbakov@vniief.ru
Россия, Нижегородская обл., Саров

Список литературы

  1. Лебо И.Г., Тишкин В.Ф. Исследование гидродинамической неустойчивости в задачах лазерного термоядерного синтеза методами математического моделирования. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 304 с.
  2. Янилкин Ю.В., Стаценко В.П., Козлов В.И. Математическое моделирование турбулентного перемешивания в сжимаемых средах. Саров: Изд-во ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009. 507 с.
  3. Невмержицкий Н.В. Гидродинамические неустойчивости и турбулентное перемешивание веществ. Лабораторное моделирование. Саров: Изд-во ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2018. 246 с.
  4. Разин А.Н. Моделирование турбулентного перемешивания в газовых слойках. Саров: Изд-во ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2020. 290 с.
  5. Grinstein F.F., Margolin L.G., Rider W.J. (editor) Impliсit large eddy simulation: computing turbulent fluid dynamics, Cambridge university press. 2007.
  6. Бодров Е.В., Змушко В.В., Невмержицкий Н.В., Разин А.Н., Сеньковский Е.Д., Сотсков Е.А. Расчетно-экспериментальное исследование развития турбулентного перемешивания в газовой слойке при прохождении ударной волны // Изв. РАН. МЖГ. 2018. № 3. С. 54–62. https://doi.org/10.7668/S0568528118030052
  7. Янилкин Ю.В. Двумерное численное моделирование опыта по перемешиванию в трехслойной газовой системе с условием прилипания на стенках ударной трубы // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. 2022. Вып. 2. С. 17–26.
  8. Большакова А.Э., Змушко В.В., Невмержицкий Н.В., Разин А.Н., Сеньковский Е.Д., Сотсков Е.А. Численное моделирование развития неустойчивости на контактных границах трехслойной газовой системы. Сравнение с экспериментальными данными // ПМТФ. 2021. Т. 62. № 1. С. 43–54. https://doi.org/10.15372/PMTF20210105
  9. Змушко В.В., Разин А.Н., Синельникова А.А. Влияние начальной шероховатости контактных границ на развитие неустойчивости после прохождения ударной волны // ПМТФ. 2022. Т. 63. № 3. С. 34–42. https://doi.org/10.15372/PMTF20220304
  10. Змушко В.В., Разин А.Н., Синельникова А.А., Щербаков А.Н. Влияние интенсивности ударной волны на развитие неустойчивости на шероховатых контактных границах трехслойной газовой системы // ЖВММФ. 2023. Т. 63. № 3. С. 89–101. https://doi.org/10.31857/S0044466923030134, EDN: DZYLAC
  11. Разин А.Н., Змушко В.В., Синельникова А.А. Влияние диссипативных погрешностей методики МИМОЗА на скорость изменения кинетической энергии при распаде вихря Тейлора-Грина // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. 2023. Вып. 1. С. 29–41.
  12. Янилкин Ю.В., Бондаренко Ю.А., Гончаров Е.А., Гужова А.Р., Колобянин В.Ю., Софронов В.Н., Стаценко В.П. Тесты для гидрокодов, моделирующих ударноволновые течения в многокомпонентных средах. Саров: Изд-во ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2018.
  13. Balakumar B.J., Orlicz G.C., Tomkins C.D., Prestridge K.P. Simultaneous particle-image velocimetry-planar laser-induced fluorescence measurements of Richtmyer-Meshkov instability growth in a gas curtain with and without reshock // Physics of Fluids. 2008. V.20. 124103.
  14. Orlicz G.C., Balakumar B.J., Tomkins C.D., Prestridge K.P. A Mach number study of the Richtmyer-Meshkov instability in a varicose, heavy-gas curtain // Physics of Fluids.2009. V. 21(6). 064102.
  15. Orlicz G.C., Balasubramanian S., Prestridge K.P. Incident shock Mach number effects on Richtmyer-Meshkov mixing in a heavy gas layer // Physics of Fluids. 2013.V. 25. № 11. 114101.
  16. Змушко В.В., Плетенёв Ф.А., Сараев В.А., Софронов И.Д. Методика решения трехмерных уравнений газовой динамики в смешанных лагранжево-эйлеровых координатах // ВАНТ. Сер. Методики и программы численного решения задач математической физики. 1988. Вып.1. С. 22–27.
  17. Софронов И.Д., Афанасьева Е.А., Винокуров О.А., Воропинов А.И., Змушко В.В., Плетенев Ф.А., Рыбаченко П.В., Сараев В.А., Соколова Н.В., Шамраев Б.Н. Комплекс программ МИМОЗА для решения многомерных задач механики сплошной среды на ЭВМ “Эльбрус-2” // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. 1990. Вып.2. С. 3–9.
  18. Zmushko V.V. Computation of convective flows and their realization in MIMOZA code // International Workshop “New Models of Numerical Codes for Shock Wave Processes in Condensed Media” / Oxford / September 15–19. 1997.
  19. Ладагин В.К., Пастушенко А.М. Об одной схеме расчета газодинамических течений // Численные методы механики сплошной среды. 1977. Т. 8. № 2. С. 66–72.
  20. Youngs D.L. Time dependent multi-material flow with large distortion / Numerical methods for fluid dynam. Ed by K.W. Morton and J.H. Baines eds.. Academic press, 1982.
  21. Dimotakis P.E. The mixing transition in turbulent flows // J. Fluid Mech. 2000. V.409. P. 69–98
  22. Zhou Ye, Remington B.A., Robey H.F., Cook A.W., Glendinning S.G., Dimits A., Buckingham A.C., Zimmerman G.B., Burke E.W., Peyser T.A., Cabot W., Eliason D. Progress in understanding turbulent mixing induced by Rayleigh-Taylor and Richtmyer-Meshkov instabilities // Physics of Plasmas. 2003. 10(5). P. 1883–1896.
  23. Монин А.Е., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Ч. 2. М: Наука, 1967.
  24. Tanaka Y., Nakajima M., Kubota H., Makita T. Viscosity of SF6+N2 and SF6+He gaseous mixtures // J. Chemical Engineering of Japan. 1980. V.13. № 2.
  25. Gowardhan A.A., Grinstein F. Numerical simulation of Richtmyer-Meshkov instabilities in shocked gas curtains // J. of Turbulence. 2011. 12(43). P. 1–24.
  26. Jacobs J.W., Krivets V.V. Experiments on the late-time development of single-mode Richtmyer-Meshkov instability // Physics of Fluids. 17. 034105. 2005.
  27. Motl B., Oakley J., Ranjan D., Weber C., Anderson M., Bonazza R. Experimental validation of a Richtmyer-Meshkov scaling law over large density ratio and shock strength ranges // Physics of Fluids. 21. 126102. 2009.
  28. Richtmyer R.D. Taylor instability in shock acceleration of compressible fluids // Commun. Pure Appl. Math. 13. 297. 1960.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024