Экспериментальное и численное исследование динамики развития неустойчивости Рэлея-Тейлора при числах Атвуда, близких к единице

Abstract

В настоящей работе представлены экспериментальные и численные результаты исследования динамики роста детерминированных, определенным образом заданных начальных возмущений. Возникновение, рост и дальнейшая эволюция неоднородностей контактной границы происходит благодаря развитию неустойчивости Рэлея-Тейлора на границе раздела газ-жидкость, в частности (в данной работе), воздухвода. Существенная разница плотностей выбранных веществ приводит к заметному замедлению динамики неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, отвечающей за образование грибообразных структур, и, как следствие, к более длительному росту струй воды и более позднему моменту начала их разрушения и перехода к перемешиванию. Выполнено количественное сопоставление натурных данных, зафиксированных на оригинальной экспериментальной установке, описание которой приводится в настоящей работе, с расчетными данными, полученными с использованием различных численных методик. В основе численного моделирования лежит полная 2D гидродинамическая модель описания динамики развития неустойчивости Рэлея-Тейлора. Поверхностным натяжением (вода-воздух) и вязкостью (воды или воздуха) в данном исследовании пренебрегается. Измеренные в эксперименте и найденные в расчетах параметры развития неустойчивости свидетельствует об удовлетворительном согласии полученных данных. Приведенные в данном исследовании количественные результаты оправдывают использование модели классической гидродинамики для описания наблюдаемых в данном опыте движений жидкости и газа и достаточно точную численную реализацию соответствующей модели в применяемых здесь разностных методиках. Существенным элементом проведенного исследования является изучение развития турбулентного перемешивания в зависимости от вполне определенных начальных условий и возникающих в этом случае новых закономерностей законов перемешивания разноплотных сред.