中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)推進(jìn)實驗室特任副教授司廷、特任副研究員翟志剛和教授羅喜勝等在激波誘導(dǎo)的界面不穩(wěn)定性實驗研究方面取得系列新進(jìn)展，在國際上首次獲得了匯聚激波沖擊下多模界面的演變圖像，揭示了界面失穩(wěn)和復(fù)雜波系發(fā)展規(guī)律和內(nèi)在機(jī)制，近期多項研究成果連續(xù)發(fā)表在J. Fluid Mech. 和Phys. Fluids 上。
激波誘導(dǎo)的界面不穩(wěn)定性是一種十分復(fù)雜的多尺度強(qiáng)非線性物理問題，是可壓縮湍流機(jī)理研究的一個主要方向，也是高能量密度物理研究的一個重要內(nèi)容，在天體物理、慣性約束聚變（ICF）清潔能源、航天火箭發(fā)動機(jī)、國防尖端武器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景和研究價值。實驗研究中，激光慣性約束聚變、電磁套筒內(nèi)爆、炸藥驅(qū)動金屬材料等方法耗資巨大、周期較長、診斷困難，難以大量開展。因此，在實驗室條件下，激波管中的激波加載流體界面實驗成為重要研究方法。由于匯聚激波能產(chǎn)生高溫高壓，更切合工程應(yīng)用實際，國際研究熱點(diǎn)都集中在匯聚激波與界面的相互作用上。
據(jù)羅喜勝介紹，在激波管中開展激波與界面相互作用的實驗研究需要解決三大難題，即匯聚激波的產(chǎn)生、完美可控界面的形成和精細(xì)流場結(jié)構(gòu)的觀測。通過長期攻關(guān)，研究團(tuán)隊突破了“匯聚激波的產(chǎn)生”和“可控界面的形成”兩大關(guān)鍵技術(shù)，率先設(shè)計并建成了楔形匯聚激波管（Phys. Fluids, 2010, 22: 041701; Phys. Fluids, 2012, 24: 026101; Rev. Sci. Instrum. 2014, 85: 015107）和半圓形匯聚激波管（Phys. Fluids, 2015, 27: 091702），開發(fā)了新型復(fù)雜界面生成技術(shù)（J. Fluid Mech. 2014, 757: 800-816; J. Fluid Mech. 2015, 773: 366-394），利用先進(jìn)的流場診斷方法，在國際上首次獲得了匯聚激波沖擊下多模界面的演變發(fā)展規(guī)律和機(jī)制（J. Fluid Mech. 2015, 784: 225-251）。
在一個匯聚激波管中，光滑圓弧形激波與初始?xì)怏w界面相互作用，產(chǎn)生反射激波和透射激波，界面上任何初始擾動都會因失穩(wěn)而增長。司廷介紹說，匯聚激波誘導(dǎo)下的界面不穩(wěn)定性發(fā)展與平面激波有較大差異。研究表明，透過界面的匯聚激波到達(dá)聚焦點(diǎn)產(chǎn)生局部高壓高能量密度區(qū)域，之后又迅速反射并與界面再次作用，使界面運(yùn)動發(fā)生反轉(zhuǎn)，在流場中產(chǎn)生非常復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)。在整個過程中，激波強(qiáng)度不斷發(fā)生變化，流場中壓力擾動和渦量分布促使界面運(yùn)動速度以及擾動增長率都隨時間變化。因此，匯聚激波誘導(dǎo)的界面不穩(wěn)定性一方面將破壞激波向氣體動力學(xué)焦點(diǎn)匯聚的對稱性和均勻性，另一方面將促進(jìn)不同流體之間的混合。研究獲得的擾動發(fā)展定量演化規(guī)律以及內(nèi)在機(jī)理，能夠為相關(guān)數(shù)值模擬程序和理論提供驗證數(shù)據(jù)和圖像，也可為實際應(yīng)用如ICF的靶丸設(shè)計、航天火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的設(shè)計等提供可靠的理論指導(dǎo)。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

　　匯聚激波沖擊多模界面（左）和單模界面（右）的實驗結(jié)果