Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В последние годы в связи с развитием теории молекулярных газовых лазеров, газодинамики высоких температур, физики ударных волн, созданием гиперзвуковых летательных аппаратов и космической техники большое внимание уделяется изучению неравновесных течений газов с внутренними степенями свободы, в том числе с вращательной и колебательной неравновесностью. Соотношения между временами релаксации всех видов энергии и характерным газодинамическим временем определяют характер отклонения от равновесия.
В большом количестве процессов (электрический разряд, химические реакции, истечение газов из отверстий и сопел, процессы, происходящие в возмущенной верхней атмосфере Земли) возникают условия, когда запас колебательной энергии молекул заметно превосходит равновесное значение, соответствующее температуре газа. В таких условиях важное влияние на колебательную релаксацию оказывает реально существующий ангармонизм молекулярных колебаний, и его учет необходим для правильного определения функции распределения и коэффициентов переноса. Неравновесность потока и ангармоничность молекулярных колебаний-может существенно влиять на коэффициенты переноса, и поэтому построение адекватных кинетических моделей диссипативных процессов в структурных газах, несомненно, актуально.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла* в получении функции распределения в приближении идеального и вязкого газов в условиях значительного отклонения от равновесия с учетом ангармоничности колебаний, определении потоковых и релаксационных членов в уравнениях вязкого газа, вычислении всех коэффициентов переноса в указанных условиях, а также в применении предложенной кинетической модели для изучения течения вязкого газа в пограничном слое вблизи полубесконечной пластины.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В диссертации применяются аналитические и асимптотические методы кинетической теории газов, а также численные методы газовой динамики.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертации получены следующие новые результаты, которые автор представляет к зашите:
-
Кинетическая модель динамики двухатомного газа в условиях слабой вращательной и существенной колебательной неравновесности, учитывающая ангармоничность молекулярных колебаний и разные механизмы релаксации на разных группах энергетических уровней. Представление заселенностей колебательных уровней молекул при большом запасе колебательной энергии газа.
-
Аналитические выражения для коэффициентов переноса молекулярного газа с возбужденными вращательными и колебательными степенями свободы в условиях ангармоничности молекулярных колебаний. Представление тензора напряжений и потоков энергии в вязком газе.
-
Расчет коэффициентов теплопроводности, сдвиговой и объемной вязкости, релаксационного давления. Исследование влияния степени колебательной и вращательной неравновесности и ангармоничности колебаний на коэффициенты переноса. Оценка влияния ангармоничности на теплоемкости неравновесного газа с реальными колебательными спектрами молекул.
5. Численный расчет течения молекулярного газа в неравновесном пограничном слое вблизи полубесконечной пластины и анализ влияния вращательной и колебательной неравновесности'и ангармоничности колебаний на диссипативные процессы в пограничном слое.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов состоит в том, что построена кинетическая модель динамики молекулярного газа, которая позволяет упростить вычисление коэффициентов переноса в газах с сильной колебательной неравновесностью в условиях ангармоничности молекулярных колебаний. Получены аналитические выражения для кинетических коэффициентов, которые могут быть использованы при решении различных задач физической газодинамики: расчетах течений неравновесного газа в соплах, за ударными волнами, обтекания тел потоком газа с возбужденными вращательными и колебательными степенями свободы. Кроме того, проведен расчет коэффициентов теплопроводности, сдвиговой и объемной вязкости и релаксационного давления для молекулярного азота в широком диапазоне условий и исследовано течение неравновесного газа в пограничном слое вблизи полубесконечной пластины.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертации докладывались на
заседаниях кафедры гидроаэромеханики математико-механического факультета СПбУ, на семинаре в лаборатории аэродинамики НИИ математики и механики при СПбУ, на III Всесоюзной конференции молодых исследователей, проходившей в марте 1989 года в Новосибирске.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-4]. В работе [31 автору диссертации принадлежит вывод формул для кинетических коэффициентов , тензора напряжений и вектора потока тепла, а также расчет всех коэффициентов переноса.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения, изложена на 150 страницах машинописного текста, включая 22 рисунка, 3 таблицы и список литературы, содержащий 106 наименований.