2-68  烧蚀RT不稳定性非线性过程模拟

叶文华  贺贤土

重点研究了不同预热对烧蚀RT弱非线性模耦合的影响。首先不同预热情况烧蚀RT不稳定性的线性增长率曲线明显不同。不同预热情况的模拟结果都表明：烧蚀RT的模耦合系数是k/k_c的函数，二次和三次谐波的产生系数C(k)和D(k)遵从定标关系C(k)=c₁(1-c₂k/k_c)，D(k)=d₁-d₂k/k_c+d₃(k/k_c)²。弱预热和中等预热情况，二次谐波的产生系数约只有经典RT的50%，三次谐波的产生系数约只有经典RT的20%。两体模耦合起主要作用，n次高次谐波可近似看作是由(n-1)次两体模耦合产生的。由于烧蚀RT不稳定性两体模耦合系数小于1，所以高次谐波的产生系数很快衰减。由于非线性作用变弱，单模扰动的非线性饱和阈值明显增大，意味着基模有较长时间的线性增长，另外，向长波长方向的模耦合系数明显大于经典RT不稳定性数值，因此，烧蚀RT非线性模耦合容易形成长的尖顶，从而对点火构成严重威胁。

弱预热情况单模扰动发展呈现明显的三区域特征，与不稳定谐波数关系密切。发现了短波长区域单模扰动非线性演化的周期性增长行为：烧蚀RT非线性增长－KH不稳定性模被激发，产生KH卷曲－KH卷曲被烧蚀蒸发－烧蚀RT非线性增长。中等波长区域KH不稳定性被有效抑制，基模有较大增长，单模扰动发展成为射流状尖顶。长波长区域在基模气泡处出现谐波尖顶，烧蚀不能有效抑制KH不稳定性的发展，多模RT和KH的联合作用导致基模尖顶的断裂。预热显著减弱RT非线性作用，减少不稳定性谐波数目，预热情况不出现长波长区域尖顶断裂的现象，单模扰动发展成为很长的射流尖顶(图1)。KH不稳定性的快速发展是产生小尺度混合的根本原因。尖顶头部热传导的增强和KH不稳定性的有效抑制，是产生烧蚀射流的两个主要原因。抑制KH不稳定性发展有4个主要物理因素：尖顶头部增强的热传导烧蚀对RT模的致稳，进而致稳KH模的增长；横向热传导烧蚀致稳；增宽的预热烧蚀区致稳；对KH模的直接烧蚀致稳。KH模是横向模，RT模是纵向模，KH模增长的抑制导致RT纵向模的快速增长。预热对KH模产生较强致稳作用，出现大尺度RT纵向模混合结构。因为实际的非线性作用是三维的，因此预热情况烧蚀RT的混合必须作三维计算。