瑞利—泰勒不稳定性的理论研究

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本文首先研究了理想非磁化等离子体,采用局域近似,得到了烧蚀瑞利-泰勒不稳定性的增长率,通过对解析增长率的分析得到如下结论:1)由于烧蚀流的作用,仅当-(gL/2)1/2 <u0<(gL)1/2 时才会发生瑞利-泰勒不稳定性。2)当烧蚀流与重力加速度g同向时,烧蚀流起致稳作用。并在烧蚀流足够大(|u0|>(gL/2)1/2)时,瑞利-泰勒不稳定性能被烧蚀流完全抑制。3)当烧蚀流与重力加速度g反向时,烧蚀流虽然通过其解析表达式同时表现出两种相互竞争的相互作用:致稳作用和退稳作用,但竞争的结果是烧蚀流具有退稳作用,这种退稳作用随着烧蚀流的增大先增大,达到最大值后逐渐减小。4)由于烧蚀流的影响,瑞利-泰勒不稳定性增长率并不是随着不均匀梯度标长的增加而单调的减小,而是先急剧增加,在达到最大值后缓慢的减小最后趋于零。 其次,讨论了可压缩性对瑞利-泰勒不稳定性的影响。流体力学中研究可压缩瑞利-泰勒不稳定性得到三种截然不同的结论:1)可压缩性起退稳作用,2)可压缩性起致稳作用,3)可压缩性既可退稳也可致稳。发现导致这种矛盾的原因是将可压缩性的影响和密度指数分布的影响耦合在一起,从而使得可压缩性的真正影响被掩盖。如果将密度指数分布的致稳作用和可压缩性对瑞利-泰勒不稳定性的影响区别开来,就可以很清晰的得出可压缩性对瑞利-泰勒不稳定性的退稳作用。 在讨论磁化等离子体中可压缩性对瑞利-泰勒不稳定性影响时,可以发现当磁场与波矢垂直时,由于等离子体可压缩,磁场通过磁压力对瑞利-泰勒不稳定性产生影响,其作用和热压力完全相同。当磁场方向和波矢平行时,可以发现可压缩性和磁场的耦合能加剧瑞利-泰勒不稳定性,而且得出:1)在其它量不变时,随着压强的增强,可压缩性和磁场耦合所产生的退稳作用不断减弱;2)随着磁场的增加,退稳作用不断增加;3)退稳作用和界面两侧的绝热系数γ1,2都成反比;4)阿特伍德数AΤ较小的时候,可压缩性和磁场耦合所产生的退稳作用更加显著;5)由于可压缩性和磁场耦合的退稳作用,使得瑞利-泰勒不稳定性被磁场抑制住的截止波数变大,不稳定的区域变宽;6)退稳作用的绝对量随着重力加速度的增大而几乎线形的增加。最后讨论了平行于波矢方向的平衡流对可压缩瑞利-泰勒不稳定性的影响,结果显示无剪切的平衡流只会产生频移,不会影响不稳定性的增长率。
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