مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل ناپایداری در مرز سیال‌های ناهمگن با چگالی متغیر در حضور شوک فرودی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران
2 گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران
چکیده
در این پژوهش ناپایداری فصل مشترک دو سیال نیمه‌متناهی پس از اعمال شوک زمانی مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور، تاثیر عواملی چون چگالی، سرعت سیال‌ها و میدان مغناطیسی بر ناپایداری مورد توجه قرار می‌گیرد. با استفاده از معادلات مگنتوهیدرودینامیک، رابطه‌ای برای محاسبه دامنه اختلال در نزدیکی فصل مشترک به دست می‌آید. نتایج تحلیلی و نموداری نشان می‌دهند که دامنه اختلال برای هر دو حالت چگالی ثابت و متغیر تابعیت زمانی یکسانی داشته و ناپایداری سیستم به پارامتر نرخ رشد وابسته است. این کمیت تابع مشخصات سیال‌ها بوده و با توجه به چگالی، سرعت و میدان مغناطیسی می‌تواند حقیقی یا موهومی باشد و شرط پایداری با توجه به آن تعیین می‌شود. همچنین نشان داده می‌شود که بخش مکانی دامنه اختلال، در حالت چگالی ثابت مستقل از چگالی دو سیال بوده و در هر دو ناحیه کاملا متقارن است و به‌صورت نمایی اُفت می‌کند. از سوی دیگر مشخص می‌شود که در حالت چگالی متغیر تابع معرف بخش مکانی دامنه اختلال به پارامترهای محیط و سیال‌ها بستگی دارد، بنابراین بخش مکانی دامنه اختلال در دو سیال به‌صورت نامتقارن اُفت می‌کند. علاوه بر این بررسی نتایج به‌دست‌آمده در حالت خاص و حدی (چگالی ثابت) نتایج پژوهش‌های پیشین را تایید می‌کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Analysis of Instability on the Boundary of the Inhomogeneous Fluids with Varying Densities in the Presence of Incident Shock

نویسندگان English

A. Mehramiz 1
M. Alijabbari 2
R. Ashouri 1
1 Physics Department, Science Faculty, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Electrical Engineering Department, Engineering and Technology Faculty, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده English

In the present study, the instability in the interface of two semi-infinite fluid layers with applying a shock is studied. To this end, the effect of various parameters such as fluid densities, velocities of fluids, and magnetic field on the instability is explored. By using the magneto-hydrodynamic equations, a general equation is developed for the evolution of perturbation amplitude near the interface. Analytical and graphical results indicate that the time dependent part of perturbation amplitude is the same for both the constant and varying density cases and the instability depends on the growth rate. Remarkably, the growth rate depends on the characteristics of the fluids and magnetic field and can be real or imaginary; hence, the stability condition is determined with respect to this parameter. Furthermore, it is shown that the spatial part of the perturbation amplitude in the constant density case, even with different densities, is symmetric and independent from the layer densities and damps exponentially in the two sides of the interface. On the other hand, it is shown that in the varying density case, the function of the spatial part of the perturbation amplitude depends on the parameters of the environment and the fluid; so the spatial part of the perturbation amplitude in the two fluid damps asymmetrically. Moreover, the results attained in the constant density case match the findings of the previous studies.


کلیدواژه‌ها English

Instability
Perturbation
Magnetohydrodynamic
Fluid
Varying density
Brouillette M. The richtmyer-meshkov instability. Annual Review of Fluid Mechanics. 2002;34(1):445-468. [Link] [DOI:10.1146/annurev.fluid.34.090101.162238]
Jacobs JW, Sheeley JM. Experimental study of incompressible Richtmyer-Meshkov instability. Physics of Fluids. 1996;8(2):405-415. [Link] [DOI:10.1063/1.868794]
Niederhaus CE, Jacobs JW. Experimental study of the Richtmyer-Meshkov instability of incompressible fluids. Journal of Fluid Mechanics. 2003;485(12):243-277. [Link] [DOI:10.1017/S002211200300452X]
Chapman PR, Jacobs JW. Experiments on the three-dimensional incompressible Richtmyer-Meshkov instability. Physics of Fluids. 2006;18(7):074101. [Link] [DOI:10.1063/1.2214647]
Khokhlov AM, Oran ES, Thomas GO. Numerical simulation of deflagration-to-detonation transition: The role of shock-flame interactions in turbulent flames. Combustion and Flame. 1999;117(1-2):323-339. [Link] [DOI:10.1016/S0010-2180(98)00076-5]
Chevalier RA. A model for the radio brightness of the supernova remnant 1987a. Nature. 1992;355(6361):617-618. [Link] [DOI:10.1038/355617a0]
Yang J, Kubota T, Zukoski EE. Applications of shock-induced mixing to supersonic combustion. AIAA Journal. 1993;31(5):854-862. [Link] [DOI:10.2514/3.11696]
Lindl JD, McCrory RL, Campbell EM. Progress Toward Ignition And Burn Propagation In Inertial Confinement Fusion. Physics Today. 1992;45(9):32-40. [Link] [DOI:10.1063/1.881318]
Stalker RJ, Crane KCA. Driver gas contamination in a high-enthalpy reflected shock tunnel. AIAA Journal. 1978;16(3):277-279. [Link] [DOI:10.2514/3.7520]
Brouillette M, Bonazza R. Experiments on the Richtmyer-Meshkov instability: Wall effects and wave phenomena. Physics of Fluids. 1999;11(5):1127-1142. [Link] [DOI:10.1063/1.869983]
Mikaelian KO. Rayleigh-Taylor and Richtmyer-Meshkov instabilities in multilayer fluids with surface tension. Physical Review A. 1990;42(12):7211-7225. [Link] [DOI:10.1103/PhysRevA.42.7211]
Mikaelian KO. Effect of viscosity on Rayleigh-Taylor and Richtmyer-Meshkov instabilities. Physical Review E. 1993;47(1):375-383. [Link] [DOI:10.1103/PhysRevE.47.375]
Cao J, Ren H, Wu Z, Chu PK. Quantum effects on Rayleigh-Taylor instability in magnetized plasma. Physics of Plasmas. 2008;15(1):012110. [Link] [DOI:10.1063/1.2833588]
Cao J, Wu Z, Ren H, Li D. Effects of shear flow and transverse magnetic field on Richtmyer-Meshkov instability. Physics of Plasmas. 2008;15(4):042102. [Link] [DOI:10.1063/1.2842367]
Al–Khateeb AM, Laham NM. Stability criteria of Rayleigh-Taylor modes in magnetized plasmas. Contributions to Plasma Physics. 2003;43(1):25-32. [Link] [DOI:10.1002/ctpp.200310003]
Iwai K, Shinya K, Takashi K, Moreau R. Pressure change accompanying Alfvén waves in a liquid metal. Magnetohydrodynamics. 2003;39(3):245-250. [Link]