Введение к работе
Настоящая работа посвящена исследованию течений реагирующих газов с внутренними степенями свободы молекул. Необходимость таких исследований связана с задачами космической и высокоскоростной аэродинамики.
Целью диссертации является исследование течений диссоциирующего газа из гомоядерных молекул в различных физических условиях, при этом рассматриваются следующие задачи:
кинетическое описание диссоциирующего газа с внутренними степенями свободы;
исследование особенностей процесса релаксации слабо диссоциированного газа;
для газа с развитой диссоциацией вывод из кинетических уравнений замкнутых систем газодинамических уравнении в идеальном и вязком приближениях;
переход в газодинамических уравнениях от плотностей экстенсивных к сопряженным интенсивным параметрам;
исследование влияния процесса диссоциации на газодинамику изоэнтронических течений.
Одной из основных проблем при решении задач физико - химической газодинамики является получение замкнутых систем уравнений для определяющих макропараметров. Эту проблему можно решать по - разному. Можно использовать как феноменологический подход, так и кинетический.
При феноменологическом подходе используются уравнения сплошной среды, к которым добавляются релаксационные уравнения или уравнения химической кинетики, кроме того, в обычные уравнения вводятся дополнительные члены и эффективные коэффициенты переноса. Все дополнительные члены и коэффициенты переноса определяются из эксперимента. Такой подход не является внутренне замкнутым.
При кинетическом подход газ рассматривается как статистическая система . Вводится функция распределения, записываются кинетические уравнения для нее. Из кинетических уравнений выводятся макроскопические уравнения для газодинамических параметров. Релаксационные и потоковые члены, а также коэффициенты переноса выражаются через функцию распределения. Этот подход является внутренне замкнутым. В настоящей работе будет исполь-
зоваться этот подход.
Актуальность темы вызвана потребностями космической и высокоскоростной аэродинамики, а также некоторых отраслей химической технологии.
Достоверность результатов настоящей работы определяется применением проверенных методов кинетической теории газов и газодинамики, а также совпадением полученных результатов с известными в предельных случаях низких температур, когда газ практически состоит из молекул, и высоких температур, когда газ полностью диссоциирован.
Научная новизна есть и в подходе к исследованию квазиста-щкшарных режимов релаксации газа с разной степенью диссоциации, и в результатах которые получены на основании этого подхода. Новыми являются исследования равновесных и слабонеравно-веспых течений диссоциирующего газа из гомоядерных молекул с использованием кинетического подхода и перехода в газодинамических уравнениях от плотностей экстенсивных параметров к сопряженным интенсивным параметрам. Все результаты, выносимые на защиту, являются новыми.
На защиту выносятся:
-
Исследование особенностей процесса релаксации и нарушения максвелл-больцмановских распределений в слабодиссоциированиом газе.
-
Исследование влияния начального давления на температурную зависимость равновесных концентраций атомарного и молекулярного азота в диссоциирующей смеси N2 + N-
-
Получение из кинетических уравнений, описывающих течения диссоциирующего газа из гомоядерных молекул, замкнутых систем газодинамических уравнений для минимального числа определяющих макропараметров в идеальном и вязком приближении.
-
Переход в газодинамических уравнениях к интенсивным параметрам и вывод аналитической формулы для скорости звука в диссоциирующем газе из гомоядерных молекул. Расчеты скорости звука б диссоциирующем азоте.
-
Исследование течений диссоциирующего газа из гомоядерных молекул в соплах Лаваля. Расчет течения диссоциирующего азота в сопле Лаваля в условиях, когда температура и общая плотность атомов в критическом сечении варьировались в широких пределах.
Практическая ценность. Результаты могут быть применимы
при решении задач космической аэродинамики и химической технологии. Замкнутое описание течений диссоциирующих газов с помощью минимального числа уравнений для интенсивных параметров позволяет оптимизировать решение конкретных задач и сократить время численного счета.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на семинарах кафедры гидроаэромеханики Санкт-Петербургского государственного университета и на семинаре кафедры плазмога-зодинамики Балтийского государственного университета.
По результатам диссертации опубликовано 2 работы.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах, включая 18 рисунков, 2 таблицы и список литературы, содержащий 68 наименований. Она состоит из введения, четырех глав и заключения.