激波在air/SF_6气体界面上非定常折射的数值研究

本文数值研究了平面激波在air/SF_6凹形(凸形)界面上的非定常折射,着重关注入射角变化带来的波系结构变化.数值程序利用有限差分法离散可压缩多组分欧拉方程,采用双通量算法成功克服了物质界面附近由于比热比不同导致的数值振荡问题,并将该算法与高阶WENO以及三阶Runge-Kutta耦合,使得程序具有较高的时空分辨率.结果表明,相比于准定常折射,平面激波在凹形(凸形)界面上传播时由于入射角的连续变化会出现波系结构的转变现象.随着入射角由大变小,平面激波在凹形界面上依次出现了前曲折射、规则反射折射以及过渡规则折射.相比准定常折射,没有出现Mach反射折射,但出现新的折射波系——过渡规则折射,由流场的迟滞效应导致.随着入射角由小变大,平面激波在凸形界面上依次出现规则反射折射以及Mach反射折射.相比准定常折射,没有出现前曲折射,但Mach折射出现的角度区域推迟且范围变大.研究表明,流场的非定常性对激波折射波系具有重要影响.     

柱状汇聚激波冲击重气柱不稳定性的数值研究

采用有限体积法结合网格自适应技术的VAS2D程序,数值研究了二维重气柱在柱状汇聚激波及其反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性发展,并比较了平面激波条件和不同汇聚角度条件下激波和界面的演化过程.气柱界面内气体为六氟化硫(SF6),环境气体为空气,柱状汇聚激波在汇聚中心形成反射激波,平面激波与右端固壁作用形成反射激波.结果表明,柱状汇聚激波及其反射激波作用下的气柱演化、界面位置变化、尺寸变化及环量变化与平面激波及其反射激波作用下的情形有着显著差别,同时,不同汇聚角度也具有一些影响,揭示了柱状汇聚激波及其反射激波作用下的界面演化机理.     

反射激波诱导界面不稳定性研究进展

运动激波与流体界面相互作用能够引起复杂的流动现象,包括激波反射折射、界面失稳以及湍流混合等,在自然界和工程实际中具有重要的应用价值和研究意义.入射激波冲击之后,初始界面上的扰动在斜压涡量和压力扰动等机制下经历线性和非线性增长,界面形态不断发生变化;当反射激波再次冲击变形的界面时,涡量的产生及输运将改变界面不稳定性的演化过程,产生不同的物理现象和规律.由于反射激波的生成及控制比单次激波要更加复杂,开展与之相关的界面不稳定性研究工作具有极大的挑战性.本文回顾了近年来学者们在反射激波诱导界面失稳和湍流混合方面取得的实验、数值和理论研究进展,重点从平面和汇聚两种典型的初始激波形状出发,讨论了界面形状、激波强度、反射距离等初始条件对反射激波再次作用下界面不稳定性的影响规律,并进一步展望今后的研究重点和方向.     

化学波在对流介质中的折射与反射

以含有对流项的二维布鲁塞尔子为模型,导出化学波的波速随介质对流速度变化的关系式,用之说明化学波在对流介质中的折射与反射规律.结果表明:在对流介质中,尽管化学波在两种介质分界面上的折射与回折射(反射)仍然遵从波矢量切向分量连续定律,但折射角和反射角随入射角变化的规律与在静止介质中有所不同.当平面化学波从低速介质射向高速介质时,若介质对流速度方向与化学波的入射方向一致,在入射角大于临界角时,化学波在两种介质的边界上发生反常折射和反射现象,反常折射角随入射角的增大而增大,反射角随入射角变化,而且小于临界角;当平面化学波从高速介质射向低速介质时,若介质对流速度方向与化学波的入射方向一致,化学波在两种介质的边界上发生折射现象,折射角随入射角变化,先增大后减小.数值模拟结果进一步验证了理论结果.     

耦合横向和微旋转波的界面反射与折射

基于广义微极磁热弹模型讨论了两微极弹性固体介质平面界面上耦合横向和微旋转波的反射与折射问题.利用两微极弹性固体平面分界面上位移和应力连续条件,建立了反射与折射波振幅的线性系统方程.数值计算给出各类反射、折射波振幅随耦合横向和微旋转波入射角的变化关系曲线.研究了热松弛时间对反射和折射热波、纵向位移波、耦合横向和微旋转波的振幅比的影响.结果表明,热松弛时间对热波、纵向位移波影响显著,而对耦合横向和微旋转波影响很小.     

平面电磁波在弱导电介质表面上的反射和透射

研究了平面电磁波以任意入射角入射到弱电介质界面上发生的反射和透射现象,得到了产生反射和透射现象情况下的相移和光波振幅强度以及反射系数的关系,并进一步研究了反射波、透射波的极化特性和反射系数、相移的变化规律.     

不同强度平面激波冲击下正方形air/SF_6界面演化的数值研究

本文采用VAS2D数值研究了两种强度平面激波(Ma=1.18,2.50)与air/SF6/air正方形界面作用后的RM不稳定性发展,重点考察流场可压缩性对界面不稳定性发展的影响.波系结构分析表明,激波强度不同会导致复杂的激波-激波干扰发生的位置不同,从而对界面形态,尤其是射流结构的产生有重要影响.低马赫数下复杂激波-激波干扰发生在界面内部,诱导向外射流结构的产生;而高马赫数下复杂激波-激波干扰发生在界面外部,诱导向内射流结构的产生.同时,高马赫数下复杂的激波反射折射对界面发展有着重要的影响,诱导多个射流结构的产生.随着入射激波强度增大,可压缩效应明显增强,界面上产生涡量大小和分布有所不同.强激波的冲击使得界面上累积更多的涡量,涡结构增长迅速,同时也观测到滑移面上有明显的涡量产生,表明滑移面两侧流体的运动速度有较大差异.强激波的压缩使得界面获得较高的运动速度,界面宽度和高度同样具有较大的变化率.此外,强激波的冲击会导致两种气体之间混合速率增大,极大地增强了气体之间的混合.定性和定量结果表明,可压缩性对流场的波系结构以及界面形态都有着重要的影响.     

激波-波纹壁反射中滑移线失稳现象的数值研究

激波诱导的流动失稳与湍流混合,在天体物理、惯性约束核聚变等领域有重要的研究价值.本文利用气体动理学方法对平面激波在波纹壁处的反射现象进行了直接数值模拟,精确捕捉了不同入射波马赫数及不同波纹壁外形时激波波系及多尺度流动结构的时间演化.由于波纹壁的扰动,反射波波前自发形成了横向运动的三波点,其运动轨迹在波后形成了典型的"胞格状"结构.其中,三波点脱落出的滑移线,在横向波系的斜压涡作用下产生多尺度涡结构,其作用机理既包含Richtmyer-Meshkov失稳,又有Kelvin-Helmholtz失稳.对于此类激波诱导的滑移线失稳,本文结合涡动力学进行了失稳特性的分析,为后续研究湍流混合的形成与发展提供参考.     

负折射材料中电磁波的传播机理研究

该文从理论上研究了负折射材料表面的反射与透射特性,给出了归一化的反射透射功率与入射角之间的关系曲线.当入射波为垂直和（TE波）时,得到了发生负折射时的全内反射角随参数和材料折射率的变化关系.介质中的一个本征波透射到法线的另一侧,其功率流方向与传播的波矢方向相反.     

平面声波在平行分界面上反射和折射的理论计算

建立了平面声波在平行界面上反射和折射的理论模型,推导了该理论模型下的反射系数表达式,对反射系数随入射角的变化规律作了分析和探讨.对在第一临界角和第二临界角附近的反射系数大小的讨论,有助于研究声波全波列中的滑行纵波、滑行横波和伪瑞利波的幅度特征.     

压力波制冷机工作管开口端处的流动分析

对压力波制冷机内非定常流动过程、波系结构、激波形成机理等进行了探讨 .得到了入射激波Mach数(Ms)的表达式 ,并分析了进口气流速度、压力及膨胀比对Ms 的影响 .     

入射和反射激波与火焰相互作用的实验和数值显示

以等物质的量比的甲烷/空气为研究对象,利用YA-16多闪光高速照相机对火球在入射激波及其反射激波作用下的变形进行了实验研究.基于带化学反应的二维轴对称Navier-Stokes方程,采用带有Superbee限制函数的波传播算法,对该现象进行了数值模拟,并用计算光学对数值结果进行了处理,得出的计算阴影图和实验阴影照片比较吻合.结果表明,火球在入射激波的作用下,出现了Richtmyer-Meshkov不稳定、斜压效应和Helmholtz不稳定,导致火球不断变形,在局部区域还出现了湍流,加剧了燃烧.随后,反射激波再次作用火球,加速火焰变形的同时,还使火球在波后高能量的可燃气中剧烈燃烧,湍流强度也大幅度增加,同时由于壁面的限制,使得火球发展呈蘑菇云形状.而激波穿越火焰时,轴线上的激波强度也会得到加强.     

频率对二维声子晶体平板负折射成像的影响

以二维钢/空气三角排列声子晶体为模型,利用多重散射方法分析声子晶体平板负折射成像过程中声波频率与等效负折射率、入射角的变化关系。研究结果表明:平板负折射成像与声波频率及波的入射角度密切相关;对不同的入射波频率,平板的等效负折射率不同,且随着频率增加,等效负折射率绝对值变小;对于确定的晶格结构,只有在确定的频率范围、确定的入射角范围内,才能发生明显的负折射现象;对于某一确定的入射波频率,平板负折射存在一个最大入射角,且随着入射声源频率的增加,这个最大入射角变小,入射波耦合进入声子晶体平板的信号减弱,进而影响像的强度和清晰度。     

平面声波在平行分界面上反射和折射的理论计算

建立了平面声波在平行界面上反射和折射的理论模型，推导了该理论模型下的反射系数表达式，对反射系数随入射角的变化规律作了分析和探讨。对在第一临界角和第二临界角附近的反射系数大小的讨论，有助于研究声波全波列中的滑行纵波、滑行横波和伪瑞利波的幅度特征。     

椭圆偏振光折反射时特性分析

以菲涅耳公式为基础,详细分析和讨论了椭圆偏振光在界面上发生折射、反射时,折射、反射椭圆偏振光的长短轴、方位角、旋光性等特性随入射角变化的规律.     

锥顶型封闭空间内爆轰波汇聚实验研究

内燃机中烈性爆震的发生会伴随着爆轰波的形成,爆轰波形成后将在燃烧室密闭空间内反射汇聚,并对燃烧室组件造成严重破坏.然而,对于活塞破坏失效问题的研究一直无法深入.为了揭示密闭有限空间内爆轰波汇聚现象及其破坏机理,设计了一套可以重复再现烈性爆震的爆轰容弹实验装置来进行探索研究.在余隙可变的锥顶型燃烧室内,通过高能点火器强行引入一道爆轰波.研究表明,爆轰波的行为会导致燃烧室内部压力分布极为不均,并在活塞边缘和中心两处产生强烈汇聚.最后,展示了受汇聚破坏的样本,并进行了强度及能量计算,进一步说明组件的破坏是由爆轰波汇聚导致的.     

自然光在两种介质表面发生反射和折射时偏振特性

自然光在两种介质表面发生反射和折射时光强、偏振度随入射角不同而发生改变.根据菲涅耳公式对反射光和折射光的偏振度随入射角的变化规律作了理论推导。并通过数值模拟的方法给出了入射角5°～85°的反射光和折射光的偏振度变化曲线.     

压差方程的一维活塞问题

用改进的Glimm格式的方法, 研究压差方程的一维活塞问题：当活塞的运动速度是一个常数的扰动时,含有激波的弱解的存在性.对波的相互作用以及扰动波在主激波和活塞上的反射给出了精确的估计,在对主激波的强度不加限制的情况下证明激波解的整体存在性.     

平面电磁波在良导体表面掠射实验的研究

详细介绍了不同线极化方式的平面电磁波在良导体表面的反射特性实验,重点分析了当电磁波以入射角为90°掠射时的两种不同的实验现象:垂直入射面极化波以90°入射角掠射时,反射场与入射场大小相同,方向相反,喇叭天线接收到的合成场近似为零;平行入射面极化波以90°入射角掠射时,反射场为零,合成场与入射场大小相同。通过对简单的验证性实验的进一步思考及深入实验,使其演变为启发性实验,提高了实验教学效果。     

人射和反射激波与火焰相互作用的实验和数值显示

以等物质的量比的甲烷／空气为研究对象，利用YA-16多闪光高速照相机对火球在入射激波及其反射激波作用下的变形进行了实验研究．基于带化学反应的二维轴对称Navier-Stokes方程，采用带有Superbee限制函数的波传播算法，对该现象进行了数值模拟，并用计算光学对数值结果进行了处理，得出的计算阴影图和实验阴影照片比较吻合．结果表明，火球在入射激波的作用下，出现了Richtmyer-Meshkov不稳定、斜压效应和Helmholtz不稳定，导致火球不断变形，在局部区域还出现了湍流，加剧了燃烧．随后，反射激波再次作用火球，加速火焰变形的同时，还使火球在波后高能量的可燃气中剧烈燃烧，湍流强度也大幅度增加，同时由于壁面的限制，使得火球发展呈蘑菇云形状．而激波穿越火焰时，轴线上的激波强度也会得到加强．