力学所在空泡诱导自由面RT不稳定性规律研究中取得进展

来源：中国科学院力学研究所，作者：王静竹。

近日，中科院力学所团队通过实验观测手段发现了内空泡溃灭诱导的外界面通气现象，揭示了Rayleigh-Taylor (RT) 失稳导致的自由面振荡、通气和破碎机制与流态规律。

自由面与空泡相互作用问题，特别是空泡溃灭诱导下的自由面不稳定性问题，是跨介质高速水动力学的重要基础和前沿。该团队对航行器出水过程进行简化，提炼了空泡振荡诱导自由面变形二维物理模型，据此发展了液滴内激光空泡实验与数值模拟方法，通过精细界面观测手段，发现了空泡振荡诱导的气/液界面通气现象（图1）。进一步推导了有限空间二维空泡动力学方程液滴自由面扰动演化方程，通过求解典型工况下自由面扰动结果，获得了自由面RT不稳定性的流态理论相图并得到了实验与数值模拟结果的验证（图2）。相关结论揭示了自由面与非稳态空泡的耦合影响机制，为跨介质航行器载荷机理分析及界面演化流态预测提供了重要支撑，由此得到的稳定减阻流态已初步应用于新概念水面超高速航行器原理样机研制。

图1 空泡溃灭诱导液滴自由面通气现象

图2 实验与数值结果验证理论计算相图

该工作近期发表在流体力学期刊Journal of Fluid Mechanics上，论文第一作者为力学所王静竹副研究员，合作者包括王一伟、王展研究员等。数值模拟方法研究前期还获得了美国机械工程师协会 (ASME) CFD技术委员会评选的年度2019年度最佳论文奖。

该工作得到了国家自然科学基金委 (No.11802311;No.11772340) 和中科院青年创新促进会 (No.Y201906) 的支持。