Rayleigh-Taylor不稳定的物理模型和数值模拟

界面不稳定是自然界和工业中流动的普遍现象。本文以Rayleigh-Taylor不稳定性为范例,说明基于物理思想的CFD方法在流动问题研究中的应用。为了确定自由面,以往的Lagrange坐标法、阵面跟踪法在界面发生大变形时都会失效。同时,因流动不稳定从层流发展到湍流要经历若干阶段。因此,如何追踪演化过程的界面变形和如何确定湍流模型是R-T不稳定性研究中的主要困难。本文将溶质浓度差异视为导致介质轻重不同的原因,在不稳定发展过程中发生对流和混合。我们提出采用被动标量的大涡模拟方法来模拟R-T不稳定。鉴于该物理模型考虑了流体粘性和物质扩散的影响,可以自动确定阵面,完整描述不稳定从线性小扰动阶段、经过非线性变形阶段、剪切不稳定阶段到湍流混合阶段,真实重现了现象的物理过程,所以更为优越。通过比较尖钉和气泡阵面前进速度和计算亚格子分量的份