激波反射中的黏性射流与马赫杆分叉：实验与模拟

我们进行了激波反射实验，以研究由前向射流现象产生的大尺度对流混合。实验在楔角 $\theta_{\mathrm{w}} = 30^{\circ}$ 下于氮气、丙烷-氧气和己烷中进行，入射激波马赫数最高达 $M = 4$。作为实验的补充，我们对己烷中 $M = 2.5$ 至 $6$ 的三点反射进行了可分辨激波的黏性模拟。无黏模拟在更宽的参数范围内进行。模拟覆盖的雷诺数达 $Re \lesssim 10^3$，实验覆盖的雷诺数为 $Re \sim 10^5$。研究表明，随着等熵指数降低，以及马赫数和雷诺数增大，前向射流逼近马赫杆，形成涡，使激波阵面变形，并在某些情况下使马赫杆分叉。实验显示，在低等熵指数（$\gamma \le 1.15$）下，涡中的开尔文-亥姆霍兹不稳定性导致马赫杆后方的大尺度对流混合。无黏模拟中马赫杆分叉（三重马赫-怀特反射）的界限被绘制在 $M$-$\theta_{\mathrm{w}}$-$\gamma$ 的相空间中。发现最大等熵指数约为 $\gamma \approx 1.3$，超过此值（在 $\theta_{\mathrm{w}} = 30^{\circ}$ 时）不发生分叉。这与不规则/规则爆轰胞格结构之间的边界非常吻合。