Введение к работе
Актуальность теми. Потребность в знании оптических свойств термодинамически неравновесного воздуха возникает при решении многих задач современной радиационной газовой динамики, атмосферной фотохимии, при исследовании механизмов свечения над поверхностями космических летательных аппаратов (КЛА), при диагностике низкотемпературной плазмы и др. Современные методы расчета оптических характеристик газа и плазмы ориентированы, в основном, на равновесные системы и используют методологию табуляции.
В последнее время часто возникает необходимость в определении оптических свойств неравновесных систем - и по химическому составу и по распределению частиц по внутренним степеням свобзды. Такие ситуации являются типичными, непример, при оптической диагностике лазерно-активных сред и низкотемпературной плазмы, при гиперзвуковом полете летательных аппаратов на больших ' высотах в атмосфере Земли и других небесных тел, когда распределение частиц по внутренним степеням свободы носит существенно неравновесный характер. При неравновесном распределении частиц по внутренним степеням свобода к неравновесном составе радиационные характеристики газа (плазмы) зависят от мнояеетва параметров и не могут быть затабули-рованы. Единственным способом их получения в этом случае яеляєтся расчет, который по причине сложности и большого объема вычислений можно провести только с использованием высокопроизводительных ЭВМ. По этой причине вопрос о получении радиационных характеристик термодинамически неравновесной воздушной плазмы до настоящего времени остается в значительной степени открытым.
Целью работы является: зс-первкх, создание автоматизированной системы расчета оптических характеристик термодинамически неравновесного воздуха; во-вторых, исследование с ее помощью неравновесных радиационных и химических процессов, приводязих к свечениям над наветренными поверхностями КЛА в ходе полетов по низким орбитам; в-третьих, исследование неравновесных процессов переноса излучения и фотохимческих превращений, сопровоадающих взрывы в верхней атмосфере.
Научная новизна. 1.Разработана эффективная методика расчета радиационных характеристик (РХ) воздуха в термодинамически неравновесных условиях для слоев произвольной оптической толщины при учете вкладов молекулярных систем полос, атомных линий и непрерывного спектра. Показана возможность ее применения для целей диагностики низкотемпературной плазмы.
2.Исследовано влияние колебательного возбуждения поглощающих частиц на прозрачность в УФ области спектра верхней атмосферы, возмущенной мощным рентгеновским источником.
З.С цельп проверки имеющихся гипотез о природе свечений над наветренными поверхностями КЛА проведены расчеты спектральных, пространственных и пволюционных характеристик свечения в предположении его обусловленности радиационными переходами в колебательных полосах ОШХгЮ и л/0(ХгЖ). Для этого теоретически рассчитаны катрич-ные элементы для переходов WQfXfy между вксоколежйвкки уровнями {Vдо 25) и с большим изменением колебательного квантового числа (гИГдо 12).
4.Исследованы закономерности распределения выделяющейся при мощном взрыве в разреженной атмосфере энергии по различным ее видам в зависимости от масштаба взрыва. Для крупномасштабного взрыва установлено слабое влияние динамики огненного кара на распространение волны фотопревращений в окружающем холодном газе.
5.Построена аналитическая теория распространения волн фотодиссоциации (ФД) и фотоионизации (ФИ) в холодном молекулярном газе, облучаемом мощным источником УФ излучения. Для ранней стадии крупномасштабного взрыва проведены численные расчеты неравновесных химических и фотохимических превращений в скрукагацей огненный вар верхней амосфере; выявлены основные закономерноси.
Практическая ценность.
Автоматизированная система расчета опти .еских характеристик реализована но широкодоступных персональных ЭВМ и предназначена для решения широкого круга прикладных задач. Система позволяет определять FX газа и плазмы, обусловленные радиационными переходами различных типов в широком диапазоне условий.
На основе проведенных расчетов выработаны рекомендации для натурных измерений основных характеристик свечений над КЛА с целью наиболее достоверной идентификации приводящих к их возникновению процессов.
Вычисленные в работе радиационные коэффициенты можно успешно
использоєать при диагностике азотной плазмы в тлещем, ВЧ и СВЧ разрадах.
Определены матричные элементы перекода для переходов лО(ХЯ) (у425,лм;12), необходимые для моделироьания процессов, приводящих к свечениям над поверхностями больших КЛА типа "Спейс шаттл".
Построенная теория распространения волн фотопревращений может быть использована для моделирования влияния сильных взрывных воздействий на рагзреженнуп газовую среду.
Апробация работы. Оснсзкыэ ре^льтаты работы докладывались на научных конференциях МФТИ в 1966-191гг., VI Всесоюзной конференции по взаимодействии элекромагнитных излучений с плазмой (Душанбе, 1891), Молодежной научно-техничйской конференции "Космонавтика - XXI век" (Калининград, Моск. обл., 1991), VIII Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Минск, 1991), XI Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов (Ленинград, 1891), VI Конференции по физике газового разряда (Казань, 1992).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глаа, выводов и списка литературы из наименований. Всего страниц, вклпчая рисунков.
Похожие диссертации на Радиационный перенос и фотохимические превращения в возмущенном разреженном газе
