Статистическое моделирование течений разреженного газа с учетом внутренних степеней свободы молекул

• Автор: Русаков, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 122 с.

Содержание.

Введение
§1. Переходный режим обтекания
§2. Проблемы обтекания в переходном режиме
§3. Проблемы кинетического описания
Глава 1. -Методика расчетов
§1.1 Метод прямого статистического моделирования
§1.2 Схема моделирования межмолекулярных столкновений
§1.3 VHS - модель
§1.4 Моделирование вращательной релаксации,VRS - модель
§1.5 Классический гармонический осциллятор
§1.6 Квантовомеханический гармонический осциллятор
§1.7 Моделирование диссоциации
§1.8 Смесь газов, VSS - модель
§1.9 Моделирование взаимодействия с поверхностью тела
§1.10 Приближенные формулы, используемые в вычислениях
Глава 2. Однородная релаксация газа и структура ударной волны
§2.1 Вращательная релаксация азота
§2.2 Колебательная релаксация
§2.3 Структура ударной волны в газе с внутренними степенями
свободы. Постановка задачи и тестовые расчеты
§2.4 Влияние параметров модели на структуру ударной волны
§2.5 Исследование функции распределения в ударной волне
§2.6 Влияние колебательной релаксации на структуру ударной волны67
§2.7 Моделирование смеси газов
Выводы
Глава 3. Обтекание цилиндра
§3.1 Постановка задачи и тестовые расчеты
§3.2 Влияние внутренних степеней свободы на поле течения перед
цилиндром
§3.3 Влияние физико-химических процессов на поток тепла
Выводы
Глава 4. Обтекание сферы
§4.1 Постановка задачи и тестовые расчеты
§4.2 Влияние колебательных степеней свободы на поток тепла
§4.3 Влияние коэффициентов аккомодации внутренних степеней
свободы на поток тепла
§4.4 Влияние каталитичности на поток тепла
Выводы
Заключение
Литература
Рисунки

Введение.
§1. Переходный режим обтекания.
Прогресс в области авиационно-космической техники в настоящее время и в обозримом будущем связан с созданием аппаратов для полета в верхних слоях атмосферы, граничащих с ближним космосом. Это аппараты типа «Буран» или «Спейс Шаттл», способные осуществлять управляемый спуск с орбиты. При разработке таких аппаратов одной из наиболее сложных для исследования является область высот полета, где отношение длины свободного пробега молекул воздуха в невозмущенном потоке к характерному размеру тела - число Кнудсена КПоо=Л<ю/ Ь - порядка единицы. Режим обтекания тел, при котором аэродинамические и тепловые характеристики уже отличаются от свободномолекулярных значений, но еще не подчиняются зависимостям, характерным для режима континуального обтекания, называется промежуточным или переходным режимом обтекания. С достаточной для практических интересов целей точностью можно полагать, что переходному режиму обтекания соответствует диапазон изменения числа Кнудсена: 10'2< Кц» < 101. Если считать, что характерный размер летательного аппарата и его отдельных важных элементов лежит в диапазоне 10'2м < Ь< 10]м, то согласно данным стандартной атмосферы [87], весь аппарат или отдельные его части могут находиться в переходном режиме обтекания на высотах от 50 до 180 км. Эти оценки показывают, насколько важно развивать методы исследования течений газа в переходном режиме.
Аэродинамические и тепловые характеристики обтекания тел в переходном режиме получают в настоящее время экспериментальным и расчетным путем. К достоинствам эксперимента следует отнести
Окончательно получаем Среднюю энергию обмена между поступательными и колебательными степенями свободы, усредняя величину ЛЕ по равновесным функциям распределения внутренней энергии и относительной скорости:
<ДЕ>=] } ДЕсёЕ;

Г(2-2/ у)
Последнее выражение определяет распределение внутренней энергии квантового гармонического осциллятора имеющего Ц'У) эффективных степеней свободы [10]:
£(Т)=—Ш— (1.5.11)
ехр(9/Т) -1 ' 4 ’
В результате решения уравнений (1.5.6) получаем:
г/т_ 28/ТГ(2 2/у)_П +2а У! (1
' 7у(Т)(ехр(0ЛГ)-1)2г'Г(а1+3-2/у) ()