表面張力對高雷諾數Rayleigh-Taylor不穩定性后期增長的影響*

黃皓偉 梁宏 徐江榮

(杭州電子科技大學物理系， 杭州 310018)

采用多相流的相場格子Boltzmann方法數值研究了微通道內高雷諾數單模Rayleigh-Taylor (RT)不穩定性的后期演化規律， 重點分析表面張力對相界面動力學行為以及氣泡與尖釘增長的影響.數值實驗表明，隨著界面張力的增大， 可以有效降低演化過程中相界面結構的復雜程度， 并抑制不穩定性后期相界面破裂形成離散液滴.另外， 增大表面張力可以先促進后抑制氣泡振幅的增長， 而當表面張力較小時， 尖釘振幅增長曲線之間并無明顯差別， 當表面張力增大到一定值后， 它對尖釘振幅的抑制效果可明顯地被觀察到.進一步， 根據不穩定性速度增長曲線， 將高雷諾數單模RT不穩定性的演化劃分為線性增長、飽和速度增長、重加速、混沌混合四個發展階段.數值計算獲取氣泡與尖釘的飽和速度符合包含界面張力效應的勢流理論模型.另外還統計了不同表面張力和Atwood數下表征RT不穩定性后期演化的氣泡與尖釘增長率， 結果顯示氣泡與尖釘后期增長率隨著表面張力的增大總體上呈現出先促進后抑制的規律.最后， 從數值計算和理論分析兩方面研究了不同Atwood數下RT 不穩定性發生的臨界表面張力， 發現兩者結果符合得很好， 并且臨界表面張力隨著流體Atwood數的增大而增大.

1 引 言

瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor， RT)不穩定性現象是一種常見的流體不穩定性問題， 它發生于重力場作用下， 兩種不同密度的流體界面受到微小擾……