龍 桐，翟志剛，司 廷，羅喜勝

（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系先進(jìn)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230027）

一種用于RM不穩(wěn)定性研究的豎直環(huán)形激波管的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

龍 桐，翟志剛，司 廷，羅喜勝

（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系先進(jìn)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230027）

設(shè)計(jì)并加工了一套豎直環(huán)形同軸無(wú)膜激波管，可用于環(huán)形匯聚激波誘導(dǎo)下的Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究。與前人工作相比，本文在流體界面的形成以及流場(chǎng)的觀測(cè)方法上做了較大的改進(jìn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值方法，對(duì)該豎直激波管產(chǎn)生的環(huán)形柱狀匯聚激波的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和分析，驗(yàn)證了同軸激波管形成柱狀匯聚激波方法的可行性和可靠性。在界面形成方面，采用細(xì)絲約束肥皂膜技術(shù)形成正八邊形氣體界面，并利用數(shù)值方法考察了細(xì)絲對(duì)界面發(fā)展的影響。結(jié)果表明在界面發(fā)展的前期，細(xì)絲的影響幾乎可以忽略。利用連續(xù)激光片光結(jié)合高速攝影相機(jī)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)，獲得了正八邊形air／SF6氣體界面在環(huán)形匯聚激波及其反射激波沖擊下的演化過(guò)程，并與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，獲得了較好的一致性，進(jìn)一步驗(yàn)證了匯聚激波的對(duì)稱性以及細(xì)絲約束肥皂膜技術(shù)用于形成多邊形氣體界面的可靠性。

環(huán)形激波；豎直同軸激波管；Mie散射技術(shù)；RM不穩(wěn)定性；肥皂膜多邊形界面

0 引 言

激波聚焦是指在一定條件下激波在其傳播方向上發(fā)生收斂的行為，由于能夠在聚焦中心產(chǎn)生局部高能量密度的高壓區(qū)域，因此激波聚焦具有廣泛的工程應(yīng)用背景。在慣性約束核聚變［1］、體外激波碎石機(jī)［2］、激波聚焦點(diǎn)火［3］和超新星爆發(fā)［4］等研究領(lǐng)域都涉及到匯聚激波。尤其是近些年來(lái)，生成初始均勻的匯聚激波以及研究匯聚激波與不同流場(chǎng)結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象，如Richtmyer-Meshkov（RM）不穩(wěn)定性［5-6］，得到了眾多科研工作者的關(guān)注。相比平面激波而言，匯聚激波結(jié)構(gòu)和性質(zhì)更為復(fù)雜，任何小擾動(dòng)都會(huì)對(duì)匯聚激波產(chǎn)生干擾，因此在實(shí)驗(yàn)室條件下，生成匯聚激波一直是一個(gè)難題。早在20世紀(jì)50年代，Perry＆Kantrowitz［7］利用水平環(huán)形的同軸激波管第一次成功地生成了環(huán)形匯聚激波，但生成的匯聚激波強(qiáng)度有一定的限制。Baronets［8］利用脈沖放電方法，在柱形腔中形成匯聚激波，并研究了匯聚激波在惰性氣體中的傳播規(guī)律。日本激波研究中心Takayama小組［9］一直致力于匯聚激波的實(shí)驗(yàn)研究，先后搭建了多套環(huán)形的同軸激波管，在改進(jìn)的豎直激波管中得到了柱狀環(huán)形匯聚激波并實(shí)驗(yàn)研究了環(huán)形激波條件下的RM不穩(wěn)定性。加州理工Dimotakis＆Samtaney［10］通過(guò)氣體透鏡原理，讓平面激波穿過(guò)弧形氣體界面，通過(guò)界面折射作用在二維楔形結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生柱狀匯聚激波。這種方法理論上可以得到完美的匯聚激波，但對(duì)界面的屬性要求較高而且每次實(shí)驗(yàn)前都必須對(duì)界面進(jìn)行精確的安裝，從而增大了實(shí)驗(yàn)的難度。Kjellander等人［11］利用水平同軸激波管生成柱狀匯聚激波，通過(guò)紋影法和多重曝光技術(shù)捕捉激波位置，研究了氣體比熱比對(duì)激波運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。然后通過(guò)數(shù)值方法的修正加工了可以產(chǎn)生球形匯聚激波的激波管［12］，并通過(guò)光纖收集氣體由于高溫受激發(fā)而產(chǎn)生激發(fā)光的光譜來(lái)說(shuō)明激波的匯聚效應(yīng)。董剛等人［13］采用高速攝影技術(shù)和數(shù)值模擬方法，對(duì)入射激波在2種不同形狀的拋物形反射器表面聚焦和反射的過(guò)程進(jìn)行了研究。翟志剛等人［14］基于激波動(dòng)力學(xué)理論提出了一種簡(jiǎn)單有效的方法，即利用連續(xù)光滑彎曲的壁面將平面激波轉(zhuǎn)化為柱狀匯聚激波。從前人的研究工作可以看出匯聚激波得到了諸多的關(guān)注與研究，但多集中于研究匯聚激波的生成及其性能，而由于匯聚激波管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，關(guān)于匯聚激波與不同流場(chǎng)結(jié)構(gòu)相互作用的實(shí)驗(yàn)研究則開(kāi)展較少。

基于Takayama小組的同軸激波管設(shè)計(jì)思想［9］，本文加工一套小的豎直環(huán)形激波管，采用更小的實(shí)驗(yàn)段高度，從而減小重力的影響，同時(shí)改進(jìn)流場(chǎng)的觀測(cè)手段，既可以采用紋影光路顯示流場(chǎng)，也可以采用片光技術(shù)顯示流場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)中還采用細(xì)絲約束肥皂膜的方法形成正八邊形氣體界面，通過(guò)連續(xù)激波片光結(jié)合高速攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)流場(chǎng)的顯示，獲得匯聚激波作用下正八邊形氣體界面的發(fā)展過(guò)程。

1 激波管的設(shè)計(jì)

激波管的設(shè)計(jì)基于Takayama小組的同軸激波管思想［9］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為底座、高壓段、低壓段和實(shí)驗(yàn)段4個(gè)部分。底座高165mm，為中空結(jié)構(gòu)，包含1個(gè)輔助高壓段和1個(gè)與實(shí)驗(yàn)段相連的排氣口。高壓段由同軸的高壓管和低壓段外管組成，高為600mm，內(nèi)徑為180mm，外徑為260mm；低壓段由同軸的低壓段內(nèi)管和外管組成，高為1500mm，內(nèi)徑為140mm，外徑為160mm。高壓段與低壓段之間由硅膠板隔開(kāi)。實(shí)驗(yàn)段在激波管頂端，高度為5mm，側(cè)面為片光入口，頂部為觀察窗。當(dāng)輔助高壓段破膜時(shí)，該區(qū)域內(nèi)壓力迅速降低，硅膠板快速向下運(yùn)動(dòng)，高壓段與低壓段連通，在低壓段內(nèi)產(chǎn)生壓縮波，進(jìn)而發(fā)展成向上運(yùn)動(dòng)的環(huán)形平面激波。當(dāng)入射的環(huán)形平面激波運(yùn)動(dòng)到實(shí)驗(yàn)段時(shí)，向內(nèi)匯聚，最終在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)形成向中心運(yùn)動(dòng)的環(huán)形匯聚激波。當(dāng)激波從低壓段運(yùn)動(dòng)到實(shí)驗(yàn)段時(shí)會(huì)發(fā)生90°的偏折，為了減弱轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生的雜波，轉(zhuǎn)角處內(nèi)外兩側(cè)均做了半徑為5mm的圓滑過(guò)渡處理。

圖1 激波管總體圖（a），實(shí)驗(yàn)段細(xì)節(jié)圖（b），底座細(xì)節(jié)圖（c）Fig.1 General diagram of the shock tube（a），details of the test section（b）and details of the base（c）

2 環(huán)形激波的驗(yàn)證

本文分別采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值方法對(duì)產(chǎn)生的環(huán)形匯聚激波進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)算方法是基于Sun＆Takayama編寫(xiě)的VAS2D（2-Dimensional＆Axisymmetric Vectorized Adaptive Solver）程序［15］。VAS2D算法通過(guò)求解二維軸對(duì)稱的歐拉方程，能夠很好地模擬可壓縮流動(dòng)的問(wèn)題。該數(shù)值方法采用非結(jié)構(gòu)的四邊形網(wǎng)格，基于MUSCL-Hancock格式達(dá)到時(shí)間二階和空間二階精度，采用有限體積法，結(jié)合非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)對(duì)參數(shù)變化劇烈的復(fù)雜流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行局部加密，可以用來(lái)求解有粘或無(wú)粘、定?；蚍嵌ǔ?、平衡或非平衡的可壓縮流動(dòng)問(wèn)題。該程序的可靠性已經(jīng)過(guò)課題組的大量驗(yàn)證，在平面激波與氣泡相互作用的研究中得到了和實(shí)驗(yàn)吻合的結(jié)果［16］，也在平面激波沖擊不同形狀界面問(wèn)題的數(shù)值模擬中得到了和實(shí)驗(yàn)一致的結(jié)果［17］，更進(jìn)一步的程序驗(yàn)證可參考文獻(xiàn)［15］。由于環(huán)形激波管呈軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此本文采用簡(jiǎn)化的軸對(duì)稱模型。計(jì)算中激波管的尺寸與實(shí)驗(yàn)激波管尺寸相同，為了減小計(jì)算量，低壓段只取一部分，設(shè)置初始入射激波在離實(shí)驗(yàn)段很近的位置，向上運(yùn)行，如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)中為了判斷低壓段內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)形激波是否為平面激波以及為了測(cè)量初始激波馬赫數(shù)，我們?cè)诘蛪憾蝹?cè)壁上安裝了3個(gè)壓力傳感器ch1、ch2和ch3，其中ch2與ch3高度一樣，用于檢驗(yàn)入射激波的平面性。同時(shí)為了測(cè)量環(huán)形匯聚激波波后壓力，在實(shí)驗(yàn)段頂部距離中心位置r=0，30，40和50mm處分別安裝了壓力傳感器，測(cè)壓點(diǎn)位置如圖3（a）所示。實(shí)驗(yàn)中高壓段壓力為2atm，低壓段壓力為1atm，低壓段側(cè)壁測(cè)壓點(diǎn)的壓力曲線如圖3（b）所示。通過(guò)ch1和ch2傳感器的壓力響應(yīng)時(shí)間差，可以計(jì)算出入射平面激波馬赫數(shù)為Ms=1.17（聲速為340m／s）。通過(guò)ch2和ch3傳感器的壓力信號(hào)，如圖3（c）所示，可以判斷低壓段入射激波為平面激波。

圖2 數(shù)值模擬初始流場(chǎng)示意圖Fig.2 Schematic of the initial condition for computation

圖3 測(cè)壓點(diǎn)位置示意圖（a），ch1和ch2的壓力曲線（b），ch2和ch3的壓力曲線（c）Fig.3 （a）Schematic of measuring position，（b）pressure histories at ch1 and ch2，and（c）pressure histories at ch2 and ch3

圖4通過(guò)數(shù)值模擬給出了激波運(yùn)行過(guò)程中的壓力分布情況，3個(gè)時(shí)刻分別代表初始時(shí)刻、激波到達(dá)拐角時(shí)刻和激波即將到達(dá)匯聚中心時(shí)刻。從圖中可以定性地觀察到，隨著激波向中心匯聚，波后壓力逐漸增大。

圖4 激波運(yùn)行不同時(shí)刻的壓力云圖Fig.4 Pressure contour at different times

圖5通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值方法給出了不同位置測(cè)壓點(diǎn)的壓力變化情況。從圖中可以看出，除了r=0mm附近的壓力峰值變化差距較大外，其他位置壓力變化的實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值吻合較好。當(dāng)入射匯聚激波到達(dá)測(cè)壓點(diǎn)時(shí)，壓力曲線出現(xiàn)第1個(gè)階躍。隨著時(shí)間的推移，由于氣體不斷向?qū)嶒?yàn)段中心壓縮，測(cè)壓點(diǎn)處的壓力值不斷增大，反射激波經(jīng)過(guò)測(cè)壓點(diǎn)，導(dǎo)致壓力曲線出現(xiàn)第2個(gè)階躍。在整個(gè)匯聚激波運(yùn)行的過(guò)程中，測(cè)壓點(diǎn)壓力值在反射激波經(jīng)過(guò)測(cè)壓點(diǎn)后達(dá)到最大。由于r=0mm的位置理論上為奇點(diǎn)，所以數(shù)值模擬得到壓力峰值較大，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的差距。而在其它位置測(cè)壓結(jié)果中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也總是小于計(jì)算結(jié)果。一方面實(shí)驗(yàn)中采用的壓力傳感器探頭直徑為8mm，測(cè)得的壓力值是探頭表面的平均壓力，在激波匯聚過(guò)程中，中心區(qū)域壓力值變化劇烈，因此實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值偏小。另一方面，數(shù)值方法中忽略了粘性項(xiàng)和熱傳導(dǎo)項(xiàng)，而實(shí)際情況中存在粘性擴(kuò)散以及熱傳導(dǎo)，這也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值之間的差別。

圖5 實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬得到的不同位置測(cè)壓點(diǎn)壓力變化的比較Fig.5 Comparison of the pressure variation with time obtained from experiment and computation at different positions

3 激波-界面相互作用

在驗(yàn)證了環(huán)形匯聚激波之后，本文開(kāi)展環(huán)形匯聚激波作用下界面不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究。在界面形成方面，利用八根細(xì)絲約束肥皂膜可以形成八邊形界面，如圖6（左）所示。在實(shí)驗(yàn)段上下側(cè)有機(jī)玻璃板（觀察窗）上打直徑為0.3 mm的小孔，細(xì)絲直徑只有0.1 mm，用膠帶把細(xì)絲粘到上側(cè)玻璃上，由于細(xì)絲直徑很小，幾乎不影響流場(chǎng)觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)段下側(cè)的細(xì)絲綁在一個(gè)重物上，使細(xì)絲繃緊，從而形成嚴(yán)格的正八邊形二維界面，實(shí)驗(yàn)拍到的初始八邊形界面如圖6（右）所示，界面外側(cè)為空氣，內(nèi)側(cè)為SF6。本文中正八邊形界面各個(gè)頂點(diǎn)到中心的距離為20mm，界面高度為5mm。激波作用后的流場(chǎng)采用連續(xù)激光片光結(jié)合高速攝影相機(jī)進(jìn)行顯示，如圖7所示。連續(xù)激光器（SDL-532-15000T，15W，532nm）的初始光斑直徑為10mm，依次通過(guò)柱凹面鏡（f=50mm）和凸透鏡（f=350mm）形成厚度約1 mm的片光，再經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)段壁面上的柱面鏡，進(jìn)一步擴(kuò)大片光范圍（70mm），照亮整個(gè)流場(chǎng)。當(dāng)激波穿過(guò)肥皂膜后，肥皂膜破碎成大量小液滴，在激光照射下，小液滴發(fā)出Mie散射光，其運(yùn)動(dòng)軌跡可以被高速攝影相機(jī)記錄下來(lái)，從而得到界面隨著時(shí)間演化發(fā)展的整個(gè)過(guò)程。

圖6 正八邊形界面生成示意圖（左）及實(shí)驗(yàn)拍到的初始界面（右）Fig.6 Schematic of the regular octagon interface formation（left）and the corresponding picture from the experiment（right）

圖7 測(cè)量系統(tǒng)示意圖（實(shí)驗(yàn)段俯視圖）Fig.7 Schematic of the visualizing system（top view）

由于本文采用細(xì)絲對(duì)肥皂膜界面進(jìn)行約束，而肥皂膜界面的可靠性已經(jīng)在前人工作中得到了驗(yàn)證［18］，因此首先采用數(shù)值方法考察了細(xì)絲對(duì)界面發(fā)展的影響。圖8給出了在環(huán)形匯聚激波的作用下，正八邊形SF6氣體界面在有無(wú)細(xì)絲約束條件下的發(fā)展演化。細(xì)絲在流場(chǎng)中是被當(dāng)成固壁，以細(xì)絲為中心，半徑為0.3 mm區(qū)域內(nèi)單獨(dú)劃分更細(xì)的網(wǎng)格（最小尺寸為0.005mm）。由于激波與界面都是軸對(duì)稱的，為了減少計(jì)算量，只模擬了1／4界面，圖中上半部分為有細(xì)絲約束的結(jié)果，下半部分是沒(méi)有細(xì)絲約束的結(jié)果。初始匯聚激波位于r=23 mm處，馬赫數(shù)為1.337，界面位置與實(shí)驗(yàn)情況相同。從圖中可以看到，上下2部分界面發(fā)展情況即有無(wú)細(xì)絲情況幾乎對(duì)稱，從而可以認(rèn)為細(xì)絲對(duì)流場(chǎng)的影響很小。在驗(yàn)證界面形成方法之后，本文采用連續(xù)激光片光結(jié)合高速攝影技術(shù)得到了環(huán)形匯聚激波沖擊下SF6正八邊形界面演化過(guò)程，如圖9所示，同時(shí)對(duì)該過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。圖中上側(cè)是片光實(shí)驗(yàn)結(jié)果，下側(cè)是與之對(duì)應(yīng)的數(shù)值紋影圖，第1幅圖為初始界面。從圖中可以看到，當(dāng)激波作用在正八邊形界面上之后，在激波的壓縮下界面開(kāi)始向中心運(yùn)動(dòng)。由于界面處壓力梯度與密度梯度不重合，斜壓渦量沉積在界面處，導(dǎo)致在界面的頂點(diǎn)以及邊界上逐漸出現(xiàn)了尖釘與氣泡結(jié)構(gòu)，并隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)。當(dāng)入射激波運(yùn)動(dòng)到中心會(huì)產(chǎn)生反射激波，反射激波會(huì)再次作用在正在演變的界面上。由于反射激波與入射激波引起的壓力梯度正好相反，因此反射激波誘導(dǎo)產(chǎn)生的斜壓渦量與入射激波誘導(dǎo)產(chǎn)生的斜壓渦量正好相反，導(dǎo)致界面出現(xiàn)反相現(xiàn)象，原尖釘位置逐漸發(fā)展成氣泡結(jié)構(gòu)，而原氣泡位置則逐漸發(fā)展成為尖釘結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，界面發(fā)展比較對(duì)稱，實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果吻合較好。

圖8 有／無(wú)細(xì)絲界面演化對(duì)比圖（數(shù)值紋影）Fig.8 Comparison of the interface evolution with（upper）and without（lower）the thin wire by simulation

圖9 SF6正八邊形界面演化過(guò)程，實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的對(duì)比，第一幅圖為初始界面，Δt=16μsFig.9 The evolution of regular octagon interface after initial and reflected shock impact.The first frame gives the initial status andΔt=16μs.Upper：experiment，Lower：simulation

圖10定量給出了界面頂點(diǎn)以及界面邊界中心位移隨時(shí)間的變化，這里以界面中心作為參考點(diǎn)，取所有界面頂點(diǎn)或界面邊界中心相對(duì)位移的平均值，誤差棒表示最大、最小值與平均值之差。在入射激波壓縮下，頂點(diǎn)及邊界都向著界面中心運(yùn)動(dòng)，位移逐漸減小。界面頂點(diǎn)處形成尖釘結(jié)構(gòu)，邊界處形成氣泡結(jié)構(gòu)。反射激波作用后，界面頂點(diǎn)處產(chǎn)生氣泡結(jié)構(gòu)，而邊界處產(chǎn)生尖釘結(jié)構(gòu)。此時(shí)界面頂點(diǎn)位移以氣泡位置為參考，界面邊界中心位移則以尖釘位置為參考?？梢钥闯?，界面邊界中心的位移在反射激波作用之后由于尖釘結(jié)構(gòu)的增大而逐漸增大，而界面頂點(diǎn)的位移在反射激波作用后一段時(shí)間內(nèi)仍是減小的，之后由于界面不穩(wěn)定性的發(fā)展才逐漸增大。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果中界面邊界中心位移的變化趨勢(shì)吻合較好，而界面頂點(diǎn)位移的變化則出現(xiàn)較大的差距。一方面可能是由于界面內(nèi)氣體純度的影響導(dǎo)致初始界面上渦量幅度不同，從而導(dǎo)致尖釘結(jié)構(gòu)尺寸不同；另一方面，在尖釘結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闅馀萁Y(jié)構(gòu)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)測(cè)量存在較大的誤差。

圖10 界面頂點(diǎn)位移變化（a），界面邊界中心位移變化（b），以界面中心為參考點(diǎn)Fig.10 Comparison of the displacement variations of interface vertex（a）and boundary center（b）between experiment and computation.The interface center is treated as the reference

4 結(jié) 論

設(shè)計(jì)并加工了1套豎直環(huán)形激波管，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量激波管不同位置的壓力變化，驗(yàn)證了該豎直同軸激波管形成環(huán)形匯聚激波的可行性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合數(shù)值模擬的手段，定量得到了環(huán)形匯聚激波運(yùn)動(dòng)過(guò)程中壓力等參數(shù)變化信息。結(jié)果表明隨著環(huán)形激波的匯聚，波后的壓力等參數(shù)是逐漸增大的。之后在該激波管中開(kāi)展了匯聚激波作用下RM不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究。利用細(xì)絲約束肥皂膜技術(shù)形成正八邊形界面，并通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證了細(xì)絲對(duì)界面前期演化的影響很小。通過(guò)片光技術(shù)結(jié)合高速攝影，得到了界面在入射激波及其反射激波沖擊下的發(fā)展，并與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，獲得了較好的一致性，證明了實(shí)驗(yàn)方法的可行性。

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Design and validation of a vertical annular shock tube for RM instability study

Long Tong，Zhai Zhigang，Si Ting，Luo Xisheng
（Advanced Propulsion Laboratory，Department of Modern Mechanics，University of Science and Technology of China，Hefei 230027，China）

A vertical annular coaxial diaphragm-less shock tube is designed based on the principal proposed by Hosseini and Takayama and modified in order to conveniently install the initial interface in the test section and visualize the flow field for the investigation of the Richtmyer-Meshkov（RM）instability.Parametric study is carried out both experimentally and numerically to explore the characteristics of the annular coaxial cylindrical converging shock wave.The variation of pressure behind the shock shows the feasibility and reliability of this shock tube to generate the annular coaxial cylindrical converging shock wave.The pressure variations with time at different positions in the test section are acquired from the experiment and numerical simulation，and the converging effect of the shock wave is emphasized.After the validation of the converging shock wave，the experiment of RM instability induced by this converging shock wave is concerned.For this purpose，a regular octagon air／SF6interface（the distance from each vertex to the center is 20mm）is generated in the test section by using eight thin wires to restrict the soap films.In this way，the initial interface shape，which is crucial to RM instability study，can be precisely controlled.The influence of the thin wires on the interface evolution is also assessed by numerical simulation and the results indicate that the thin wires have limited effect on the interface development at the very early stage.Moreover，because the height of the interface generated is only 5mm，the influence of the gravity can be neglected and the regular octagon soap interfacecan be treated as two dimensional.For visualizing the flow field，a continuous laser sheet combined with the high-speed camera is employed and the evolution of the regular octagon air／SF6interface accelerated by the annular coaxial converging shock wave and its reflected shock wave is captured through the Mie scatting light from the droplets of the soap film.Corresponding numerical simulation is also performed for comparing with the experiment，and a good agreement is found between these two results.During the evolution，the interface is first compressed after the incident converging shock wave passage and then the“spike”and“bubble”configurations are generated due to the deposition of the baroclinic vorticity on the interface.Phase reversal occurs on the interface after the reflected shock wave impacts on it，which creates an opposite pressure gradient compared with the initial incident shock.The secondary“spike”configuration is generated at the original“bubble”position while the secondary“bubble”configuration is generated at the original“spike”position and they grow gradually with time.From the observation，it can be found that the interface evolution is quite symmetric which once again verifies the reliability of the shock tube to generate the converging shock wave and the interface formation method.

toroidal shock wave；vertical co-axial shock tube；Mie scatting technique；RM instability；polygonal soap interface

V211.751

：A

1672-9897（2014）06-0086-06doi：10.11729／syltlx20130106

（編輯：楊 娟）

2013-12-01；

：2014-02-18

國(guó)家自然科學(xué)基金（11272308，11302219），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（WK2090050020）和中國(guó)博士后科學(xué)基金（BH2090050031）

LongT，ZhaiZG，SiT，etal.DesignandvalidationofaverticalannularshocktubeforRMinstabilitystudy.JournalofExperimentsin FluidMechanics，2014，28（6）：86-91.龍 桐，翟志剛，司 廷，等.一種用于RM不穩(wěn)定性研究的豎直環(huán)形激波管的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證.實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2014，28（6）：86-91.

龍 桐（1987-），男，海南陵水人，碩士研究生。研究方向：實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)。通信地址：安徽省合肥市中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系（230027）。Email：tlong＠m(xù)ail.ustc.edu.cn