Моделирование неравновесных течений вязкого газа в индукционных плазмотронах и при обтекании тел

• Автор: Сахаров, Владимир Игоревич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 291 с. : ил.

Содержание

Введение
Глава 1. Общая постановка задачи о расчете течений вязкого высокотемпературного газа с помощью уравнений Навье-Стокса

1.1 Модели газовой среды

1.2 Термодинамические свойства газовых смесей

1.3 Модели термической кинетики

1.4 Химические реакции в газовой фазе

1.5 Модели процессов молекулярного переноса

1.6 Система уравнений Навье-Стокса для трехмерного случая

1.7 Система уравнений Навье-Стокса для двумерного и квазитрехмерного случаев

1.8 Система осредненных уравнений Навье-Стокса для трехмерного случая и к-со модели турбулентности
1.9 Модель взаимодействия газа с поверхностью
Выводы главы
Глава 2. Численный метод решения задач в рамках уравнений Навье-Стокса
2.1 Основные методы численного расчета течений вязкого
газа с помощью уравнений Навье-Стокса
2.2 Метод численного интегрирования уравнений Навье-Стокса в пространственном случае
2.3 Решение задачи Римаиа в однотемпературном газе
2.4 Решение задачи Римана в релаксирующем многотемпературном газе
2.5 Вычисление декартовых производных на криволинейных
сетках

Выводы главы
Глава 3. Модель частичного химического равновесия для решения задач гиперзвукового обтекания тел вязким газом
3.1 Краткий обзор литературы
3.2 Постановка диффузионной части задачи
3.3 Модель частичного химического равновесия
3.4 Сравнительный анализ решений задачи в рамках уравнений Навье-
Стокса и полного вязкого ударного слоя в Земной атмосфере
3.5 Результаты решения задачи с использованием модели частичного химического равновесия в Земной атмосфере
3.6 Использование модели частичного химического равновесия
в марсианской атмосфере
Выводы главы
Глава 4. Численное моделирование течений химически и термически неравновесной воздушной плазмы в разрядном канале и в недорасширенных струях индукционного плазмотрона
4.1 Установка ВГУ-4 (ИПМех РАН)
4.2 Термохимические модели
4.3 Уравнения Навье-Стокса в интегральной форме
4.4 Расчет течения индукционной плазмы в разрядном канале и в недорасширенных струях, истекающих из звукового сопла плазмотрона ВГУ-
4.5 Эффект разделения химических элементов в разрядном канале индукционного плазмотрона ВГУ-
4.6 Течение и теплообмен в недорасширенных неравновесных струях индукционного плазмотрона с секционированным разрядным каналом
4.7 Численное моделирование течений и теплообмена тел со сверхзвуковыми недорасширенными струями воздуха для условий

экспериментов на АДТ ВАТ-104 ЦАГИ
4.7.1 Моделирование течения в подогревателе
4.7.2 Расчет истечения недорасширенных струй из сверхзвукового сопла установки АДТ ВАТ-104 ЦАГИ и их теплообмена с поверхностями моделей
Выводы главы
Глава 5. Определение коэффициента рекомбинации ТЗП из SiC
для условий полета аппаратов PRE-X в атмосфере Земли
и MSRO в атмосфере Марса
5.1 Расчет карт тепловых потоков на основе решений уравнений пограничного слоя конечной толщины для условий полета аппарата PRE-X в атмосфере Земли
5.2 Определение коэффициента рекомбинации ТЗП из SiC для условий полета аппарата MSRO в атмосфере Марса
Выводы главы
Глава 6. Численное решение задач гиперзвукового обтекания затупленных тел потоком вязкого газа с учетом химических реакций, ионизации и колебательной релаксации
6.1 Решение тестовых задач
6.2 Исследование особенностей теплообмена при гиперзвуковом обтекании биконического тела, движущегося по траектории
в атмосфере Земли
6.3 Результаты тестирования используемой /с-й; модели турбулентности в расчетах обтекании сферически затупленных конусов для различных значений чисел Маха и Рейнольдса
6.4 Численное исследование особенностей в теплообмене при гиперзвуковом обтекании затупленного конуса, лежащего
на треугольной пластине с притупленными кромками
6.4.1 Краткий обзор литературы

Здесь время релаксации теЛ, следующее из кинетической теории газов, имеет вид
В трехтемпературной (ЗТМ) модели колебательная температура
молекулярных компонентов также рассматривается как общая колебательная
температура 7}* = Ту, отличная от температуры газа Т; электроны имеют собственную температуру Те. В качестве термодинамических переменных для этой модели могут быть использованы давление р, поступательновращательная температура Т, колебательная температура ТУ, электронная температура Те и молярно-массовые концентрации компонентов у1з...,удг.
Выражение для молярной энтальпии 1^(7,Ту) для атомов и молекул в этой модели имеет вид
Молярная энтальпия и энергия свободных электронов записывается в виде
Значение температуры 7У находится из уравнения для суммы колебательных энергий молекул газовой смеси
(1.3.13)
где интеграл упругих столкновений электрон - тяжелые частицы.
Вычисление й^-'1) описано в [33].
Н((Т,Ту) = ^ + Н1+еУ,
(1.3.14)
2 у Зіп(іб^)

К(Те) = 2.5ЯиТе ее(Те) = .511иТе