01 研究背景
当不同属性物质分界面受到冲击加速后，界面上的小扰动会随时间不断增长，最终形成湍流混合，这种流动称为Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性。RM不稳定性在可压缩湍流、惯性约束核聚变(ICF)等领域具有重要的学术和应用价值。ICF靶丸涉及多层物质界面，不同物质界面具有不同Atwood数。在激波冲击下，具有不同Atwood数的界面发展规律不同，本文主要研究Atwood数对汇聚RM不稳定性各种物理机制的影响。
02 研究进展
本研究采用了五种气体组合(外部气体为空气，内部气体分别为CO2，Kr，R22，R12和SF6)研究Atwood数的影响。图1给出了五种工况下无扰动界面的r-t对比情况。本文首次确定界面减速阶段是从激波聚焦开始的，且加速度与Atwood数呈正比关系。Atwood数影响激波聚焦的时刻以及产生压力的大小，进而影响界面后续发展。减速时刻的明确有助于更好地利用理论模型预测扰动界面振幅的发展。
图1 五个工况无量纲r-t对比图，竖直虚线代表激波聚焦时刻
图2给出了其中三个工况下反射激波作用前后的无量纲振幅发展，同时给出了一些理论模型的预测。反射激波作用前，Atwood数较大，界面振幅下降越明显，表明Rayleigh-Taylor(RT)稳定性效应越强。通过与模型预测结果对比发现，在反射激波作用之前，非线性效应很弱，对Atwood数的依赖性不强。可压缩效应主导了前期的界面演化，且Atwood越大，可压缩性的影响越明显，并引入了一个参数表征可压缩性的影响。在反射激波作用之后，Atwood数决定了反相的时刻。非线性效应对反相后的界面振幅发展影响较大，且与Atwood数正相关。
图2数值结果和模型预测的比较，红色实直线代表线性度
03 未来展望
本文揭示了汇聚激波冲击下单层轻/重界面演化过程中Atwood数对可压缩效应、非线性效应以及RT效应的影响机制，有助于理解汇聚激波诱导界面失稳发展规律。由于实际工程中还涉及重/轻界面以及其他多种效应(几何效应、界面耦合、模态耦合与竞争等)的耦合，相关研究仍有待于进一步开展。
04 基金资助
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本研究由国家自然科学基金（11772329和11625211）资助。
05 通讯作者介绍
翟志刚，中国科学技术大学近代力学系特任教授，于2012年11月获得中国科学技术大学流体力学专业博士学位。主要从事实验流体力学和激波动力学等方面的研究，主持国家自然科学基金项目4项，国防科工委基础科学挑战专题1项。发表了包括J. Fluid Mech.，Phys. Fluids和Phys. Rev. Lett.等在内的期刊论文80余篇。是中国科学院青年创新促进会会员，2020年获得基金委优秀青年基金资助。
原文刊载于【AMS力学学报英文版】公众号
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