Введение к работе
Актуальность темы: Решение ряда задач химической физики,
физики ударных волн, физики атмосферы, физической газодинамики, а также молекулярной спектроскопии и акустики, требует знания функции распределения молекул по колебательным и вращательным степеням свободы в стационарных, в том числе сверхзвуковых газовых потоках. При решении этих задач приходится сталкиваться с необходимость!) решать жесткие системы обыкновенных дифференциальных уравнений, как правило, нелинейных, при этом большой размерности. Создание быстродействующих и надежных алгоритмов и программ численного интегрирования таких систем является непременной частью математического моделирования релаксационных процессов.
Целью данной работы является создание комплекса алгоритмов и
программ для решения задач релаксации и использование его для выявления механизмов нарушения равновесия и построения неравновесной функции распределения по колебательным и вращательным степеням свободы в газодинамических системах на основе численного эксперимента.
Научная новизна и практическая ценность работы. Предложены
новые алгоритмы решения системы кинетических уравнений, позволяющие в несколько раз сократить затраты времени машинного времени и комплекс реализующих их программ для ревения кинетической задачи формирования кривой распределения молекул по колебательным и вращательным уровшш для различных форм газодинамического потока и различных форм констант колебательно- враща-
тельных и вращательно- поступательных переходов. Алгоритмы опробованы на тестовых заданиях.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Методы ускорения счета для задач релаксационной газовой
і динамики: метод разрежения и метод асинхронного интегрирования.
Эти методы позволяют в Б- 6 раз сократить затраты машинного времени по сравнению с традиционными. способами интегрирования в указанных задачах при удовлетворительной точности получаемых результатов. Эти методы могут быть использованы при отыскании в первом приближении оптимальных режимов работы, например, лазерных установок.
-
С помощью этих методов установлено, что при сильном охлаждении газа, состоящего из ангармонических осцилляторов в сверхзвуковом сопле наличие косой ударной волны может привести к образованию абсолютной инверсии заселенностей колебательных уровней. Существует оптимальный угол наклона косой ударной волны, когда получаемый эффект становится максимальным.
-
Найдено, что формирование кривой распределения по вращательным уровням в достаточной мере зависит от темпов изменения поступательной ташкфпту|>и п потоке, от формы выбранных коиотаит пароходов, формы газодинамического потока и, в меньшей степени от квантовости переходов.
-
Метод асинхронного интегрирования позволил произвести "сшивку" кинетических кривых, отвечающих различным формам констант переходов с одновременным сокращением вычислительных затрат.
Достоверность и научная обоснованность результатов
подтверждается совпадением с результатами численных расчетов.
выполнены! по другим методикам и с результатами экспериментов, описанных в литературе.
Практическая ценность. Предложение в диссертации
ал г о ритмы и программы позволяют сократить затраты менянного времени и промоделировать ранее недоступные задачи релаксационной газовой динамики.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были
доложены на 3 Всесоюзной школе- конференции "Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах" (1986 г.) и на школе- семинаре "Фундаментальные проблемы фізики ударных волн" ( 1987 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных
работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,