中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室特任副教授司廷、特任副研究員翟志剛和教授羅喜勝等在激波誘導(dǎo)的界面不穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究方面取得系列新進(jìn)展，在國(guó)際上首次獲得了匯聚激波沖擊下多模界面的演變圖像，揭示了界面失穩(wěn)和復(fù)雜波系發(fā)展規(guī)律和內(nèi)在機(jī)制，近期多項(xiàng)研究成果連續(xù)發(fā)表在J. Fluid Mech. 和Phys. Fluids 上。

　　激波誘導(dǎo)的界面不穩(wěn)定性是一種十分復(fù)雜的多尺度強(qiáng)非線性物理問(wèn)題，是可壓縮湍流機(jī)理研究的一個(gè)主要方向，也是高能量密度物理研究的一個(gè)重要內(nèi)容，在天體物理、慣性約束聚變（ICF）清潔能源、航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、國(guó)防尖端武器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景和研究?jī)r(jià)值。實(shí)驗(yàn)研究中，激光慣性約束聚變、電磁套筒內(nèi)爆、炸藥驅(qū)動(dòng)金屬材料等方法耗資巨大、周期較長(zhǎng)、診斷困難，難以大量開(kāi)展。因此，在實(shí)驗(yàn)室條件下，激波管中的激波加載流體界面實(shí)驗(yàn)成為重要研究方法。由于匯聚激波能產(chǎn)生高溫高壓，更切合工程應(yīng)用實(shí)際，國(guó)際研究熱點(diǎn)都集中在匯聚激波與界面的相互作用上。

　　據(jù)羅喜勝介紹，在激波管中開(kāi)展激波與界面相互作用的實(shí)驗(yàn)研究需要解決三大難題，即匯聚激波的產(chǎn)生、完美可控界面的形成和精細(xì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的觀測(cè)。通過(guò)長(zhǎng)期攻關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)突破了“匯聚激波的產(chǎn)生”和“可控界面的形成”兩大關(guān)鍵技術(shù)，率先設(shè)計(jì)并建成了楔形匯聚激波管（Phys. Fluids, 2010, 22: 041701; Phys. Fluids, 2012, 24: 026101; Rev. Sci. Instrum. 2014, 85: 015107）和半圓形匯聚激波管（Phys. Fluids, 2015, 27: 091702），開(kāi)發(fā)了新型復(fù)雜界面生成技術(shù)（J. Fluid Mech. 2014, 757: 800-816; J. Fluid Mech. 2015, 773: 366-394），利用先進(jìn)的流場(chǎng)診斷方法，在國(guó)際上首次獲得了匯聚激波沖擊下多模界面的演變發(fā)展規(guī)律和機(jī)制（J. Fluid Mech. 2015, 784: 225-251）。

　　在一個(gè)匯聚激波管中，光滑圓弧形激波與初始?xì)怏w界面相互作用，產(chǎn)生反射激波和透射激波，界面上任何初始擾動(dòng)都會(huì)因失穩(wěn)而增長(zhǎng)。司廷介紹說(shuō)，匯聚激波誘導(dǎo)下的界面不穩(wěn)定性發(fā)展與平面激波有較大差異。研究表明，透過(guò)界面的匯聚激波到達(dá)聚焦點(diǎn)產(chǎn)生局部高壓高能量密度區(qū)域，之后又迅速反射并與界面再次作用，使界面運(yùn)動(dòng)發(fā)生反轉(zhuǎn)，在流場(chǎng)中產(chǎn)生非常復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)。在整個(gè)過(guò)程中，激波強(qiáng)度不斷發(fā)生變化，流場(chǎng)中壓力擾動(dòng)和渦量分布促使界面運(yùn)動(dòng)速度以及擾動(dòng)增長(zhǎng)率都隨時(shí)間變化。因此，匯聚激波誘導(dǎo)的界面不穩(wěn)定性一方面將破壞激波向氣體動(dòng)力學(xué)焦點(diǎn)匯聚的對(duì)稱性和均勻性，另一方面將促進(jìn)不同流體之間的混合。研究獲得的擾動(dòng)發(fā)展定量演化規(guī)律以及內(nèi)在機(jī)理，能夠?yàn)橄嚓P(guān)數(shù)值模擬程序和理論提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)和圖像，也可為實(shí)際應(yīng)用如ICF的靶丸設(shè)計(jì)、航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)等提供可靠的理論指導(dǎo)。

　　上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

　　
匯聚激波沖擊多模界面（左）和單模界面（右）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果