汇聚冲击波产生的涡旋结构的数值建模

本文研究了高熵冲击压缩气体在冲击波焦点附近的动态，基于在移动（焦点汇聚）网格上对二维和三维公式的欧拉方程的数值积分。已经开发了一个汇聚冲击波的数值模型，使用二阶精度的TVD（全变差减小）方案在移动网格上实现有限体积法。该模型的一个关键特征是控制计算网格移动的算法，能够模拟冲击波前沿在其半径变化范围内的演变。对存在导致有限累积的扰动的多边形冲击波的情况进行了计算。结果表明，流动的涡旋结构受到在汇聚冲击波生成过程中引入的高模式扰动的显著影响。这些扰动的存在导致了反射冲击波前的湍流流动。这个结果可以通过受到扰动的冲击波生成涡旋表面来解释，这些涡旋表面源自冲击前沿的三波配置线。在对称性破裂情况下，汇聚冲击波焦点附近的强烈混合显著影响了在最强冲击波压缩区域内的质量和热传递过程。通过数值建模考虑这一因素对于汇聚冲击波的先进应用发展至关重要，例如化学反应的引发（爆轰，冲击波合成）。