Неравновесные течения в соплах с учетом диссоциации и рекомбинации

• Автор: Александрова, Татьяна Юрьевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с.

Оглавление
Введение. Неравновесные процессы в реагирующих смесях газов
1 Поуровневое приближение в неравновесной газовой динамике.
1.1 Система уравнений химически реагирующего потока в поуровне-
вом приближении
1.1.1 Уравнения движения двухкомпонентной смеси невязкого,
нетеплопроводного газа
1.2 Коэффициенты скоростей переходов колебательной энергии
1.2.1 Обобщенная модель Шварца, Славского, Герцфельда (модель ЭЭН)
1.2.2 Аппроксимационные формулы для коэффициентов скоростей колебательных переходов (модель ВС)
1.3 Модели диссоциации
1.3.1 Ступенчатая модель
1.3.2 Модель Тринора-Маррона
2 Квазистационарные модели течений химически реагирующих газов.
2.1 Квазистационарные распределения по колебательным уровням
2.2 Макроскопические уравнения в квазистационарном приближении.
2.3 Правые части уравнений сохранения числа частиц и колебательных квантов
2.3.1 Другая форма записи лйге~гес и
2.4 Расчеты неравновесных факторов
3 Постановка задачи о течении неравновесной реагирующей смеси в сопле и методы решения.

3.1 Основные уравнения
3.2 Расчет параметров газа в резервуаре и в критическом сечении
сопла
3.3 Расчет параметров потока газа за критическим сечением сопла
4 Результаты вычислений.
4.1 Распределения по колебательным уровням в поуровневом приближении
4.2 Заселенности колебательных уровней в сопле, описанные разными моделями распределений
4.3 Макропараметры расширяющегося потока в разных приближениях.
4.3.1 Температуры, полученные в разных приближениях
4.3.2 Числа атомов, полученные в разных приближениях
4.4 Роль химических процессов
4.5 Коэффициенты скоростей реакций
4.6 Сравнение расчетов с моделями скоростей колебательных переходов БвН и ВС
4.7 Данные, полученные для других профилей сопел
Заключение

Предисловие.
Различные европейские космические программы, такие, как Hermes, Huygens, MSTP или Marsnet привели к созданию установок для моделирования условий при входе аппарата в земную атмосферу. Они позволяют генерировать сверхзвуковые потоки с высокой энтальпией. Можно назвать, например, следующие установки: HEG в DLR (Геттинген), F4 в ONERA (Фуга), ТСМ2 в IUSTI (Марсель). Они разработаны для изучения аэродинамической нагрузки и теплопере-носа. И хотя скорости потока на выходе из сопла могут быть достаточно точно определены, физические и химические неравновесные процессы еще недостаточно изучены.
В настоящей работе изучаются сверхзвуковые расширяющиеся реагирующие потоки. Для моделирования течений реальных сверхзвуковых потоков газа в установках с высокой энтальпией требуются теоретические модели для колебательных обменов и химических процессов и оценка их влияния на параметры газа в соплах.
В расширяющемся потоке газа с высокой начальной температурой химические реакции протекают в условиях сильной колебательной и химической неравновесности, и важно понять, как неравновесные распределения влияют на параметры газового потока и скорости химических реакций. В свою очередь, химические реакции влияют на параметры потока. Поэтому важно проанализировать роль самих реакций и выбора модели.
Для более точного представления физико-химических процессов и их связи между собой в последние годы была развита модель основывающаяся на заселенностях колебательных уровней, называемая поуровневое приближение. Это приближение рассматривает уравнения для каждого колебательного уровня, объединенные с уравнениями газовой динамики реагирующего газа. В настоя-

Рис. 1.10: Коэффициенты скоростей УТ и УУ обменов при переходе молекулы с 1-го на (И)-ый колебательный уровень при температуре Т = 4000К, (О?). Сравнение моделей ВС и ББН.