Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к тематике, рассматриваемой в диссертации, связан со многими актуальными задачами физико-химической газовой динамики. При конструировании аэрокосмической техники важен корректный расчет тепловых потоков в высокотемпературных течениях газа, например, при моделировании входа космического летательного аппарата в атмосферу планеты. Теоретическое исследование неравновесных процессов за ударными волнами важно как для моделирования поля течения у спускаемого аппарата, так и для описания результатов экспериментального изучения кинетики процессов в ударных трубах. Полученные результаты могут применяться для описания течений за фронтом головной ударной волны при больших числах Маха.
Традиционно высоким является интерес к использованию плазменных технологий в аэродинамике, связанный с потенциальным воздействием на интегральные и локальные характеристики обтекания тел: модификация скачков уплотнения, управление пограничными слоями и отрывом потока, воздействие на вихревые структуры в потоке и другие. Поэтому разработка средств исследования течений плазмы представляется актуальной задачей.
Другие актуальные области изучения влияния электронного возбуждения - моделирование процессов в активной среде газодинамических лазеров, изучение физики верхних слоев атмосферы, исследование электрических разрядов, усовершенствование химических технологий, решение экологических задач.
Цель работы состоит в исследовании влияния электронного возбуждения на процессы переноса в высокотемпературных потоках смесей газов. В связи с этим возникают следующие задачи:
Построение замкнутых моделей неравновесных течений газов с электронными степенями свободы
Разработка алгоритмов расчета коэффициентов переноса с учетом электронного возбуждения
Расчет коэффициентов переноса в широком диапазоне условий, исследование вклада электронных уровней и неупругих столкновений в процессы переноса.
Методы исследования. Для построения теоретических моделей использовались методы строгой кинетической теории. Для моделирования сильнонеравновесных течений применялась модификация метода Энскога-Чепмена для газов с быстрыми и медленными процессами. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений проводилось с помощью метода Гаусса.
Научная новизна. Коэффициенты переноса с учетом электронного возбуждения в условиях сильных отклонений от равновесия до настоящего времени остаются слабо изученными. В связи с этим научной новизной обладает, прежде всего, учет электронных степеней свободы атомов и молекул.
В отсутствии электронных степеней свободы атомов не представляется возможным вычислить коэффициент внутренней теплопроводности, который может давать существенный вклад в тепловой поток при высоких температурах. Также в отсутствии электронных степеней свободы атомов и молекул коэффициент объемной вязкости оказывается неопределенным.
Научной новизной характеризуются расчеты коэффициентов переноса в сильнонеравновесных условиях, оценка влияния возбуждения различных степеней свободы и неупругих столкновений на коэффициенты переноса.
Новые научные результаты, выносимые на защиту
Оценка вклада различных электронных состояний в статистические суммы и удельные теплоемкости атомов и молекул.
Алгоритмы расчета коэффициентов переноса атомарных газов при учете электронных степеней свободы.
Результаты исследования вклада электронных степеней свободы и дефекта резонанса внутренней энергии в процессы переноса в сильнонеравновесных смесях атомарных и молекулярных газов.
Результаты исследования свойств переноса химически неравновесных квазинейтральных слабоионизованных смесей газов с электронным возбуждением.
Теоретическая ценность работы состоит в построении замкнутых кинетических моделей неравновесных высокотемпературных течений смеси газа с учетом внутренних степеней свободы, включая электронные.Получены схемы расчета коэффициентов вязкости, теплопроводности, диффузии и термодиффузии в однотемпературном приближении.
Проведен расчет термодинамических свойств и коэффициентов переноса в широком диапазоне температур. Оценен вклад внутренних степеней свободы в термодинамические свойства и перенос тепла. Показано, в каких случаях оправдано пренебрежение вкладом тех или иных степеней свободы, а также дефектом резонанса внутренней энергии. Полученные результаты могут применяться в аэротермохимии, неравновесной газовой динамике и других смежных областях. В этом состоит практическая ценность работы.
Апробация результатов. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры гидроаэромеханики математико-механического факультета СПбГУ и кафедры плазмогазодинамики и теплотехники "БГТУ Военмех", на Всероссийской и международных конференциях: на XXII юбилейном семинаре с международным участием по струйным, отрывным и нестационарным течениям (Санкт- Петербург, 2010); на 27 международном симпозиуме по динамике разреженного газа (США, 2010); на 4 Европейской конференции по аэрокосмическим наукам (Россия,
-
-
; на 28 международном симпозиуме по ударным волнам (Англия, 2011); на Международной конференции по механике "Шестые Поляховские чтения" (Санкт-Петербург,
-
.
Публикации. По теме диссертации опубликовано девять работ, из них три в журналах из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий. Работы [1]—[3] опубликованы в журналах из перечня ВАК. В работах [1], [3], [8], [9] научному руководителю принадлежит общая постановка задачи и обобщение метода Энскога-Чепмена, а автору принадлежит расчет термодинамических свойств и коэффициентов переноса, вывод алгебраических систем для расчета коэффициентов переноса, разработка алгоритмов проведения численных расчетов и анализ результатов. В работах [2], [4], [5], [6], [7] научному руководителю принадлежит постановка задачи и идеи исследования, Пузыревой Л.А. выполнен расчет термодинамических свойств и коэффициентов теплопроводности молекул азота, диссертанту принадлежит разработка алгоритмов проведения численных расчетов и реализация программной части вычисления термодинамических свойств и коэффициентов переноса. В работах [5] и [6] Аббасов М.А. разработал и реализовал численный алгоритм решения задачи о течении неравновесного газа с электронным возбуждением в плоском пограничном слое.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 135 страницы, включая 35 рисунков, 17 таблиц и список цитированной литературы из 150 наименований.
Похожие диссертации на Процессы переноса в высокотемпературных течениях смеси газов с учетом электронного возбуждения
-
