激波冲击密度界面导致的Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性是惯性约束聚变（ICF）、超新星爆发以及超燃冲压发动机中的重要流动现象。由于迫切的应用需求，目前国内外已开展了大量RM不稳定性研究，但含化学反应的RM不稳定性研究尚不充分，尤其是发展到湍流混合阶段的化学反应RM不稳定性流动研究更为少见。而化学反应及湍流混合是超燃冲压发动机流动的重要特征，因而研究包含化学反应及湍流混合的RM不稳定性问题是十分必要的。
力学所空天飞行器流动数值模拟课题组（李新亮研究团队）与中物院九所联合开展了化学反应界面RM不稳定性的直接数值模拟(DNS)研究。数值模拟对象为柱形界面与柱形激波进行干扰产生的RM不稳定性流动。柱形界面外部为空气，内部为85%的氢气与15%的氮气组成的混合气体。激波扫过界面后产生RM不稳定性流动，同时氢气与空气中的氧气发生化学反应。DNS使用李新亮研究团队开发的OpenCFD-Comb程序，数值方法为该研究团队自行开发的OMP6格式，化学反应采用9组分19反应详细机理，计算在国产超算系统上进行，网格量达到10243。通过对有化学反应及无化学反应两种工况对比，研究了化学反应对RM不稳定性流动及后期湍流混合的影响规律。计算结果显示，在RM不稳定性初期，化学反应明显加速了界面混合过程，导致混合厚度大幅提升；而进入湍流混合阶段后，由于化学反应释热导致粘性增加及密度降低，进而明显抑制了湍流发展，从而弱化了湍流混合过程。此外，研究还给出了螺旋度(helicity)在RM不稳定过程中的产生及发展规律，以及其对湍流混合的影响机制。
该研究以“Effect of chemical reaction on mixing transition and turbulent statistics of cylindrical Richtmyer–Meshkov instability”为题发表在Journal of Fluid Mechanics，作者为闫政、符耀威、王立锋、于长平、李新亮（通讯作者）。该研究得到国家重点研发计划（2019YFA0405300 ，2020YFA0711800)和自然科学基金（12072349 ，91852203）资助。
论文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2022.329
图1. 计算区域及初始状态示意图
图2. 激波及界面发展过程
图3. t=16μs及26μs时刻的界面图像（NCR:无化学反应；CR：有化学反应）;