Прямое статистическое моделирование взаимодействия газовых потоков низкой плотности и разлета газа в вакуум

• Автор: Морозов, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

1. Метод прямого статистического моделирования (ПСМ)
1.1. Модели межмолекулярного взаимодействия
1.2. Схемы выбора количества столкновений
1.3. Оценки для вычисления макропараметров течения
1.4. Анализ используемого временного шага
1.5. Анализ использования весовых множителей
1.5.1. Постановка проблемы
1.5.2. Корректность использования весовых множителей
1.5.3. Корреляционные функции
1.5.4. Сравнение эффективности использования весовых множителей
2. Деградация молекулярного пучка
2.1. Введение
2.2. Постановка задачи и основные определения
2.3. Верификация расчетов
2.4. Анализ численных экспериментов
2.5. Интегральные характеристики
2.6. Сравнение с другими моделями
2.7. Выводы
3. Столкновение сверхзвуковых потоков в вакууме и в затопленном пространстве
3.1. Постановка задачи
3.2. Моделирование плоского источника
3.3. Столкновение потоков в вакууме
3.4. Столкновение потоков через буферную зону
3.5. Выводы
4. Обратный поток частиц при импульсной лазерной абляции
4.1. Статистическое моделирование импульсной лазерной абляции
4.2. Модель энергообмена при поглощении лазерного излучения в веществе
4.3. Актуальность оценки обратного потока для исследования абляции
4.4. Постановка модельной задачи для ПСМ
4.5. Временная эволюция обратного потока при заданном количестве испаренного вещества
4.6. Моделирование лазерной абляции согласованным расчетом разлета пара и энергообмена в мишени
4.7. Сравнение с экспериментом
4.8. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение
Метод пробных частиц
Анализ зон существенно неравновесного состояния газа и связанных с этим эффектов необходим при исследовании различных течений разреженного газа, типичных для космических приложений и вакуумных технологий. Развитие в последние десятилетия метода прямого статистического моделирования (ПСМ) и стремительный рост производительности вычислительной техники позволяют в настоящее время проводить исследование течений с недоступной ранее сложностью и эволюцией газовых объектов, получать при этом новые существенные результаты, что особенно важно для таких условий, при которых эксперимент трудно реализуем или невозможен.
Релаксация молекулярного пучка в покоящемся газе представляет собой типичный пример неравновесного течения, которое характеризуется поступательной релаксацией от максимальной неравновесности в точке инжекции к диффузионному дрейфу при температуре фонового газа. Актуальность такого исследования обуславливается многочисленными приложениями данной задачи в различных вакуумных технологиях: смешение и разделение газов, получение электронно-пучковой плазмы, создание газоструйных заградительных мишеней, распыление поверхности мишени высокоэнерге-тичными пучками и т.д. К явлениям этой же природы относится и формирование факелов ракетных двигателей на больших высотах.
Исследование начальной неравновесной стадии взаимодействия потоков является важной и мало изученной частью задачи о столкновении сверхзвуковых потоков разреженного газа в вакууме или в газе низкого давления. Переход от суперпозиции молекулярных потоков практически в бесстолкновительном режиме, когда встречаются быстрые молекулы из высокоэнергетичного хвоста функции распределения, к формированию ударных структур характеризуется существенно неравновесным состоянием газа. Эта работа представляет особый интерес применительно к исследованиям по созданию импульсных источников ультрафиолетового и рентгеновского излучения в результате столкновения облаков лазерной плазмы и газа, поскольку процесс перезарядки ионов на нейтральных частицах происходит именно в некоторый начальный период столкновения. Другие приложения данной работы относятся к решению астрофизических проблем (столкновение газовых облаков космического масштаба), проблемам газодинамики космических летательных аппаратов (при взаимодействии струй маршевых двигателей с атмосферой Земли и планет), исследованию столкновения облаков газа с целью

Рис. 2.6, а - б. Поле плотности и линии тока (о) и поле энергии (б) для случая М= 1,5 = 1. Штрих-пунктирная линия на рис. а — окружность с центром в точке х = 1.5 Хо (белый полукруг) и радиусом 9 X,: на рис. б — эллипсоид с центром в точке х = 1.8 Хо и полуосями 4,4 X, и 3,6 Х0.