Процессы переноса в высокотемпературных течениях смеси газов с учетом электронного возбуждения

• Автор: Истомин, Владимир Андреевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Оглавление
Введение
§ 1. Общая характеристика и структура работы
§ 2. Методы исследования процессов переноса в неравновесных
газах и плазме
§ -3. Модификация метода Энскога-Чепмена для газов с быстрыми
и медленными процессами
Глава 1. Термодинамические свойства атомарных и молекулярных
газов с учетом электронного возбуждения
§ 1.1. Внутренняя энергия атомов и молекул
§ 1.2. Статистическая сумма атомов и молекул
§ 1.3. Расчет удельных теплоемкостей
Выводы главы
Глава 2. Коэффициенты переноса в атомарных газах
§ 2.1. Система уравнений в однотемпературном приближении
§ 2.2. Системы уравнений для вычисления коэффициентов переноса
§ 2.3. Расчет коэффициента теплопроводности
§ 2.4. Расчет сдвиговой и объемной вязкости
§ 2.5. Расчет самодиффузии
§ 2.6. Число Праидтля
§ 2.7. Соотношение Стокса
Выводы главы
Глава 3. Коэффициенты переноса в двухкомпонентных смесях газов
§ 3.1. Система уравнений в одиотемпературном приближении
§ 3.2. Система уравнений для вычисления коэффициентов переноса
§ 3.3. Коэффициент теплопроводности
§ 3.4. Коэффициент сдвиговой вязкости

§ 3.5. Коэффициент объемной вязкости
§3.6. Коэффициент диффузии и термодиффузии
§ 3.7. Число Прандтля
Выводы главы 3 95.
Глава 4. Коэффициенты переноса в трехкомпонентных слабо ионизованных смесях газов
§ 4.1. Система уравнений в однотемпературном приближении
§ 4.2. Система уравнений для вычисления коэффициентов переноса
§ 4.3. Расчет коэффициента теплопроводности
§ 4.4. Расчет сдвиговой вязкости ионизованного азота и кислорода
§ 4.5. Рас,чет объемной вязкости ионизованного азота и кислорода
§4.6. Диффузия и термодиффузия
§4.7. Коэффициенты электропроводности слабоиоиизованного
атомарного азота и кислорода
Выводы главы
Заключение
Список литературы
Список публикаций автора по теме диссертации
Введение
§ 1. Общая характеристика и структура работы
Диссертация посвящена исследованию влияния электронного возбуждения на процессы переноса в высокотемпературных потоках смесей газов. Изучаются процессы переноса в газах и плазме при сильных отклонениях от равновесия. Рассматриваются однокомпонентные атомарные газы, двух-компонеитные смеси атомарных и молекулярных газов и трехкомпонентные слабоионизованные смеси газов с учетом электронных степеней свободы нейтральных атомов и электронных, колебательных и вращательных степеней свободы молекул. Рассматриваются сильно неравновесные условия, когда часть физико-химических процессов протекает намного быстрее по сравнению с изменением макропараметров потока. Изучаются смеси газов с возбужденными вращательными, колебательными и электронными степенями свободы, в среде происходят различные обмены поступательной и внутренней энергией, процесс ионизации. На основании кинетической теории газов строятся математические модели, дающие замкнутое описание течений реагирующих смесей. Атомарная плазма рассматривается слабоиноизованной, квазинейтральной, в отсутствии магнитного поля. Основное внимание уделяется вкладу электронного возбуждения и учету неупругих столкновений при расчете коэффициентов переноса.
В диссертации для расчета коэффициентов переноса используется метод Чепмена-Энскога, модифицированный для смеси газов с быстрыми и медленными процессами. Коэффициенты переноса рассчитываются в диапазоне температур 500 - 50000 К. Вычисляются коэффициенты теплопроводности и электропроводности, диффузии и термодиффузии, сдвиговой и объемной вязкости. Оценивается вклад электронных степеней свободы в
состоящей из невзаимодействующих жесткого ротатора и простого гармонического осциллятора, В этом случае квантовая механика приписывает молекуле следующие вращательные и колебательные уровни:
с,п 3(3 + 1)Ь
8тг Чс,
£?П = (* + )Нс.;П; І = о, 1, (1.4)
/г постоянная Планка (Л, = 6.6261 10“34 Дж-с), /ся - момент инерции молекулы химического сорта с на электронном уровне п относительно оси вращения, Щп - собственная частота молекулы-осциллятора сорта с на электронном уровне п. Эта модель недостаточно точно описывает энергию сильно возбужденных уровней, в частности, она дает постоянство величины Ае = с(',л —сдД для всех і и бесконечное возрастание є°’п с увеличением номера колебательного уровня.
Более строгая модель учитывает зависимость вращательной энергии от колебательного уровня, на котором находится вращающаяся молекула:
Щііііз +1)_ ДДги + I)2 +

где с скорость света,
Вспі = В(п е - асп е + - +
Вп.еі Ді.е- ап.е> Рп.е ~ спектроскопические постоянные, индексом е отмечено равновесное межъядерное расстояние двухатомной молекулы. Часто в формуле (1.5) ограничиваются первым членом и в качестве /ф; выбирают среднее значение, одинаковое для всех і.
Более реальной моделью колебательной энергии является модель ангармонического осциллятора, основанная на потенциале взаимодействия Морзе. Потенциал Морзе дает следующее выражение для колебательной энергии двухатомной молекулы:
52 = Д" (і + 1)- ДХ- (і + І] + (г + 0' +
где ш%п, и%,пх%п, ш%пУеП - спектроскопические постоянные, характеризующие частоту колебаний и их ангармоничность.