Учет эффектов реального газа в статистическом моделировании неравновесных разреженных течений

• Автор: Бондарь, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 190 с. : ил.

1 Модели для учета эффектов реального газа в методе ПСМ
1.1 Внутренние степени свободы молекул
1.1.1 Равновесие и детальный баланс
1.1.2 Степени свободы частиц
1.1.3 Энергетические уровни колебательной моды
1.1.4 Функции распределения энергии
1.2 Модель Ларсена-Боргнакке
1.3 Моделирование УУ-обмена
1.3.1 Модель с одноквантовыми переходами
1.3.2 Обобщение модели Ларсена-Боргнакке
1.4 Тестирование моделей УУ-обмена
1.4.1 Параметры численного метода
1.4.2 Адиабатическая релаксация: постановка задачи
1.4.3 Результаты расчетов
1.5 Анализ применимости моделей УУ-обмена
1.5.1 Параметры течения
1.5.2 Давление 670 мм рт. ст
1.5.3 Давление 300 мм рт. ст
1.6 Моделирование химических реакций
1.6.1 Константа скорости реакции
1.6.2 Модель полной столкновительной энергии ТСЕ

1.7 Химические реакции при высокой температуре и колебательно-диссоциационное взаимодействие
1.8 Модель химических реакций метода ПСМ, основанная на двухтемпературпой константе
1.9 Сечения диссоциации N2
1.9.1 Отыскание функций <т'п(Е)
1.9.2 Отыскание функции /3(п)
1.9.3 Сечения диссоциации сгп(Е)
1.10 Анализ и примеры применения модели
1.10.1 Равновесный резервуар
1.10.2 Сечения диссоциации
1.10.3 Распределения /{пВ)
1.10.4 Адиабатический резервуар
2 Анализ применимости моделей реального газа для метода ПСМ
2.1 Постановка задачи
2.2 Методы расчета
2.2.1 Метод ПСМ
2.2.2 Уравнения Навье-Стокса
2.3 Исследование численной сходимости
2.3.1 Оценка точности результатов расчетов методом ПСМ
2.3.2 Оценка точности результатов численного решения уравнений Навье-Стокса
2.4 Течение аргона
2.5 Течение нереагирующего азота
2.6 Течение азота с учетом химических реакций
2.7 Влияние колебательно-диссоциациониого взаимодействия
2.8 Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными

3 Структура релаксационной зоны в гиперзвуковом течении смеси CO2/N2
3.1 Постановка задачи и численные параметры
3.2 Нереагирующее течение
3.3 Химически реагирующее течение
3.4 Оценка влияния модели упругого взаимодействия молекул
4 Моделирование струй стационарных плазменных двигателей
4.1 Физическая модель струи стационарного плазменного двигателя
4.2 Численные методы
4.2.1 Моделирование движения частиц
4.2.2 Моделирование столкновений
4.2.3 Описание остаточного газа
4.3 Геометрия двигателя, расчетная область и параметры течения
4.4 Моделирование струи, истекающей в камеру
4.4.1 Двигатель СПД
4.4.2 Двигатель “Атон”
4.5 Моделирование струи, истекающей в космическое пространство
4.5.1 Двигатель СПД
4.5.2 Двигатель “Атон”
Заключение
Литература

0 —I 1 , I---1 I I I
О 2000 4000 6000 8000 10000
Рис. 1.5: Случай 2. Временная зависимость заселенностей колебательных уровней 0-3: черная сплошная линия - без УУ-обмена, синяя пунктирная линия - УУ-обмен по модели ЛБ, красная точечная линия - УУ-обмен по модели с одноквантовыми переходами.
Рис. 1.6: Случай 2. Временная зависимость заселенностей колебательных уровней 4-7: черная сплошная линия - без УУ-обмена, синяя пунктирная линия - УУ-обмен по модели ЛБ, красная точечная линия - УУ-обмен по модели с одноквантовыми переходами.
В данном случае колебательная релаксация ведет к переходу колебательной энергии во вращательную и поступательную моды, что приводит к росту заселенностей нижних колебательных уровней и уменьшению заселенностей верхних уровней (см. рисунки 1.5 и 1.6). Аналогично случаю 1. начиная с £ = 5500£с, все заселенности выходят на постоянное равновесное значение.