Введение к работе
Настоящая работа посвящена исследованию процессов релаксации в высокотемпературном двухатомном газе с внутренними степенями свободы молекул, процессами диссоциации и рекомбинации.
Актуальность темы. Необходимость таких исследований связана с развитием высокоскоростной и высокотемпературной газодинамики, инновационных технологий и лазерной техники.
Цель работы и методы исследования. Целью настоящей работы является разделение процесса релаксации высокотемпературных газов на несколько стадий и исследование состояния этих газов на каждой стадии в пространственно однородном случае и за фронтом ударной волны, а также исследование влияния друг на друга колебательной и химической кинетики и их совместного влияния на газовую динамику.
Решение поставленных задач осуществляется в работе на основе методов кинетической теории газов. Разделение на стадии процессов колебательной и химической релаксации осуществляется в рамках модели [1], в основу которой положен известный критерий, определяющий зависимость вероятностей неупругих столкновений молекул от относительного дефекта резонанса различных видов их внутренней энергии [2]. При выводе замкнутых систем газодинамических уравнений из кинетических уравнений используется модифицированный метод Энскога-Чепмена [3]. На каждом из выделенных этапов релаксации в работе осуществляется переход от экстенсивных к сопряженным им интенсивным параметрам [4].
Результаты, выносимые на защиту:
-
Выделение разных стадий релаксации в высокотемпературных газах: азоте и кислороде и оценка взаимного влияния процессов диссоциации, рекомбинации и колебательного возбуждения на этих стадиях.
-
Исследование разных стадий пространственно-однородной релаксации азота и кислорода.
-
Определение влияния процессов колебательного возбуждения и химических реакций на скорость звука.
-
Выделение за фронтом ударной волны различных релаксационных зон, сведение обобщенных условий динамической совместности на границах этих зон к алгебраическим уравнениям для определяющих интенсивных параметров. Доказательство применимости метода Ньютона для определения этих параметров.
-
Послойное исследование структуры прямых скачков уплотнения в азоте и кислороде при варьировании в широких пределах температуры, скорости и плотности набегающего потока
Степень обоснованности результатов определяется использованием математического аппарата, разработанного в кинетической теории газов и газовой динамике. О достоверности полученных результатов можно судить на основе физического анализа полученных результатов и качественного их сравнения с результатами других авторов.
Апробация результатов. Результаты исследований неоднократно докладывались на семинарах кафедры гидроаэромеханики Санкт-Петербургского государственного университета; на Международных научных конференциях по механике «Поляховские Чтения»: Третьи (2003г), Четвертые (2006г), Пятые (2009); на Всероссийском семинаре по аэрогидродинамике, посвященном 90-летию со дня рождения С. В. Валландера (2008г). Основные результаты диссертации опубликованы в девяти работах (см. список публикаций).
Статьи [2,3,4] и доклады [5,6,7,9] из этого списка подготовлены вместе с научным руководителем М.А. Рыдалевской. В [2] соискателю принадлежит осуществление послойного исследования релаксационной зоны за прямым скачком уплотнения в диссоциирующем азоте (руководителю — постановка задачи о разбиении релаксационной зоны за фронтом ударной волны на несколько слоев). В [3] соискателю принадлежит доказательство применимости метода Ньютона для определения равновесного состояния газа за прямым скачком уплотнения и численная реализация этого метода (руководителю — постановка задачи и предложение перейти от экстенсивных к сопряженным интенсивным параметрам). В [4] соискателю принадлежит исследование взаимного влияния колебательного возбуждения, диссоциации и рекомбинации в высокотемпературном кислороде на разных стадиях его релаксации (руководителю — вывод газодинамических уравнений для разных стадий релаксационного процесса в высокотемпературных газах). При подготовке совместных докладов, представленных на различных конференциях, соавторы внесли равноценный вклад.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения. Каждой главе ставится в соответствие приложение, в котором дается численная иллюстрация полученных в главе результатов. Основной текст диссертации изложен на 65 страницах, список литературы включает 86 наименований. Приложения, представленные на 49 страницах, содержат 1 таблицу и 95 рисунков.
