基于自相似解的辐射热流中超声速-亚声速过渡区

我们利用近似自相似解研究了热稠密等离子体中辐射驱动热波的辐射流体力学流动，特别关注纯辐射超声速流动与纯亚声速区之间的中间区域。这两个区域均通过精确自相似解和数值模拟进行了研究，但大多数研究使用数值模拟，主要是因为辐射热波与激波区域并非完全自相似。在一项里程碑工作[J. Garnier et al., Phys. Plas., 13, 092703 (2006)]中，发现对于特定的幂律温度分布，存在一个适用于所有物理区域的唯一精确自相似解。本文中，我们利用简单的解析考虑，针对一般幂律温度依赖关系近似了Garnier的精确解。该近似解在与数值模拟对比时，在预期有效范围内的不同热力学分布上均表现出良好一致性。此外，针对一般幂律温度分布，我们给出了物质中吸收能量的近似解。我们的能量近似自相似解与金和$\mathrm{Ta_2O_5}$的精确数值模拟相比结果非常好。我们还将自相似解与一项直接针对中间区域的低密度泡沫中空腔辐射温度测量实验结果进行了比较，结果吻合良好且趋势相似。不同模型及数值模拟是分析超声速-亚声速过渡区的有力工具。