笛卡爾網格下激波與物質界面相互作用數值研究.pdf

1、激波與物質界面耦合研究在工程中有著大量的應用，涉及航空、航天、航海、核能、材料、天體力學和生物醫(yī)療等諸多領域。由于其重要性，受到學術界的廣泛關注。激波與物質界面相互作用，由此產生的動力學特性，對含液滴、氣泡和激波繞射流場的研究有著非常重要的意義。在這些高壓物理問題中，界面與高度非線性的波系(如激波和爆震波)相互作用，會在界面處產生反射、折射和繞射等現(xiàn)象，同時界面會產生嚴重的變形，在該物理過程中，物質界面(大密度比物質界面、復雜外形剛體界

2、面)的數值處理一直是一個很大的挑戰(zhàn)。可見，對激波與物質界面相互作用的研究是一個相當復雜的過程。
　　 本文在固定笛卡爾網格下，采用Level set方法捕捉物質界面，在真實虛擬流方法realGhost Fluid Method(rGFM)的基礎上，通過在剛體壁面處構造虛擬黎曼問題的方式，發(fā)展了一種新的界面處理方式Wall Ghost Fluid Method(WGFM)，并以壓力變量為判別條件將rGFM和WGFM結合形成新的處理

3、方法real Wall Ghost Fluid Method(rWGFM)，使之能夠同時處理靜止和運動的流體-流體界面(氣-氣界面和氣-水界面)及流體-剛體界面問題。另外，本文將HLLC-HLL格式擴展應用于笛卡爾坐標下的多介質可壓流中，研究強激波與物質界面相互作用問題。計算結果表明，采用HLLC-HLL格式能夠消除多介質流動中產生的強激波不穩(wěn)定性現(xiàn)象。
　　 本文采用上述方法主要對以下幾方面展開研究：(1)激波與氣-氣界面相互

4、作用；(2)激波與氣-水界面相互作用；(3)激波與氣-固界面相互作用，其中氣-固邊界包含靜止氣-固邊界和運動氣-固邊界兩種情況；(4)激波與流場同時存在的流體-流體界面和流體-固體界面相互作用。研究包括激波打氣泡問題、激波打水滴問題、水下激波打氣泡問題、水下爆炸問題、激波繞射問題和高速剛體運動等問題，計算結果清晰地展現(xiàn)了激波與物質界面相互作用動態(tài)過程。計算結果與文獻實驗結果和數值結果符合較好。本文的研究結果為加深對物理問題的理解提供了理