Автореферат (1149179), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Показано влияние колебательных распределений и моделей переходов энергии и химических реакцийна параметры воздуха за ударной волной.На рисунках 2a,b показано изменение температуры T и скорости потока врелаксационной зоне при числах Маха M = 16, 13, 10 в трехтемпературном иоднотемпературном приближениях. Использование однотемпературного приближения приводит к недооценке температуры и скорости в релаксационнойзоне, что проявляется более заметно при больших числах Маха.
Это связано12ab90012000800M=16v [m/s]T [K]10000M=138000M=16700M=13600M=10600040000M=100.25000.40.60.840001x [cm]0.20.4x [cm]0.60.81Рис. 2: Зависимость температуры воздуха T (a) и скорости v (b) от x. При использованиираспределения Тринора (−), распределения Больцмана анг. осц. (− · −).с тем, что при однотемпературном описании колебательная релаксация является быстрым процессом и переход поступательной энергии в колебательнуюпроисходит уже внутри ударного фронта. Разница между значениями температуры, найденными в трехтемпературном и однотемпературном приближениях, достигает 19.9% при M = 16, а недооценка скорости в однотемпературном приближении достигает 23.85%. Расчеты показали, что пренебрежениеангармоничсностью колебаний приводит в начале релаксационной зоны к завышенным, а затем (с ростом x) заниженным значениям температуры газа,а также к недооценке колебательных температур T1N2 и T1O2 .
Также следуетотметить, что в случае равновесного набегающего потока значения параметров в релаксационной зоне, полученные на основе распределений Тринораи сильнонеравновесного составного распределения, практически совпадают.Поэтому распределение Тринора может быть рекомендовано для моделирования течений воздуха за ударными волнами, возникающими в равновесномнабегающем потоке.Представлено сравнение параметров воздуха за ударным фронтом, полученных в диссертации в рамках трехтемпературного приближения и при использовании детального поуровневого описания. Температура в квазистационарных приближениях уменьшается быстрее, чем в поуровневом. Недооценказначений температуры при использовании трехтемпературного приближенияв рассмотренных условиях не превосходит 3%. Эти результаты подтверждают, что использование распределения Тринора приводит к удовлетворительной точности при определении параметров воздуха за ударными волнами.Приведено сравнение значений макропараметров, полученных при исполь13зовании пяти моделей обменных химических реакций, рассмотренных в главе2, и четырех моделей переходов колебательной энергии: обобщенной моделиШварца, Славского, Герцфельда SSH, модели нагруженного гармоническогоосциллятора FHO и аппроксимационных формул Капителли.
Также в расчетах использовалась классическая формула Ландау-Теллера LT для измененияколебательной энергии, в которой время релаксации вычислялось по формулеМилликена-Уайта, для коэффициентов скорости диссоциации использоваласьмодель Тринора-Маррона.Задача о течении воздуха за ударной волной решена как при условии равновесных распределений молекул азота и кислорода перед ударным фронтом,так и с учетом колебательного возбуждения молекул набегающего потока.Изучено влияние колебательного возбуждения молекул воздуха перед фронтом ударной волны на изменение параметров в релаксационной зоне.
Эффектначального колебательного возбуждения ранее обсуждался Осиповым, Уваровым при изучении газодинамических процессов за ударным фронтом в однокомпонентном газе. Особенности поуровневой колебательной и химическойкинетики в воздухе за ударными волнами, возникающими в неравновесномнабегающем потоке, исследованы в работах Куновой, Нагнибеда. В настоящей диссертации этот эффект рассмотрен в рамках трехтемпературного описания.Результаты были получены при M (0) = 10, p(0) = 100Па, T (0) = 271К причетырех условиях для колебательных температур молекул набегающего поN2 (0)тока: (1) T1––O2 (0)= 8000K, T1N2 (0)= 4000К, (2) T1O2 (0)= 4000K, T1N (0)сильное колебательное возбуждение; (3) T1 2 = 2400K,O (0)N (0)умеренное колебательное возбуждение; (4) T1 2 = T1 2= 8000КO (0)T1 2 =(0)=T1150K– равно-весный набегающий поток.
Учитывая, что рассматриваются условия сильного возбуждения при колебательных температурах, значительно превосходящих температуру газа перед ударным фронтом, заселенности колебательныхуровней в набегающем потоке и за фронтом волны описывались составнымираспределениями, рассмотренными в гл. 1.На рисунке 3 показано изменение температуры газа в зависимости от расстояния x за фронтом ударной волны в четырех случаях.
В случае равновесного набегающего потока (кривая 4) и умеренного колебательного возбужде14ния молекул перед ударным фронтом (кривая 3) температура уменьшаетсяс ростом x за счет переходов поступательной энергии в колебательную и химических реакций. Значительное возбуждение молекул набегающего потокаприводит к существенному изменению температуры за фронтом ударной волны (кривые 1 и 2). Суммарная колебательная энергия молекул N2 и O2 непосредственно за фронтом ударной волны оказывается в этом случае большепоступательной. Переход колебательной энергии в поступательную приводитк немонотонному изменению температуры в релаксационной зоне, сначалаона возрастает вблизи фронта, а с уменьшением колебательной энергии и спротеканием химических реакций температура газа уменьшается.
Температура газа уменьшается в релаксационной зоне значительно медленнее в случае колебательного возбуждения молекул в набегающем потоке, чем в случаеравновесного набегающего потока.Проведение экспериментов по исследо-70006500T [K]ванию зоны релаксации за ударными вол-126000нами при больших скоростях в воздухе за-55003труднительно на сегодняшний день, экспе-500045004000рименты в основном проводятся в чистом43500012x [cm]34кислороде или в смеси с инертным газом.5Рис.
3: Температура T в зависи- В статье Ибрагимовой и соавторов (2013)N (0)мости от x. (1) – T1 2= 8000K, представлены экспериментальные данные,O2 (0)T1O (0)T1 2O (0)T1 2O (0)T1 2N2 (0)= 4000К, (2) – T1= 8000К, (3) –N (0)T1 2= 4000K, полученные для смеси O2 /O. Для валида= 2400K, ции моделей, рассмотренных в диссертации,N2 (0)= 1150K, (4) – T1=T(0).=были проведены расчеты колебательной температуры кислорода в условиях эксперимен-та и показано сравнение значений, полученных в расчетах и в эксперименте. Внабегающем потоке рассматриваются условия: (1) M = 9.3, v (0) = 3070 м/с,T (0) = 295 K, p(0) = 2 торр; (2) M = 13.4, v (0) = 4440 м/с, T (0) = 295 K,p(0) = 0.8 торр.В численных расчетах для вычисления релаксационных членов RW в уравнениях использовались три модели: 1) SSH, 2) LT, 3) FHO.На рисунке 4a,b представлены значения колебательной температуры T1O2в зависимости от x и от значений T (1) непосредственно за ударным фронтом.15a800070007500M=13.4700060006500maxTO2 [K]15000TO2 [K]1b80004000M=9.3300060005500500020004500100040000350000.10.20.3x [cm]0.40.50.6500060007000800090001000011000T(1) [K]Рис.
4: Зависимость T1O2 от x (a) и зависимость T1O2 от температуры T (1) непосредственноза фронтом ударной волны (b): экспериментальные данные (◦), модель SSH (−), модельFHO (−−), модель LT (−·).Колебательные температуры, полученные по моделям SSH (сплошная линия) и LT (штрих-пунктир), достигают максимума значительно быстрее посравнению с экспериментом (рис. 4a). Лучшее согласие с экспериментальными результатами при определении положения максимума T1O2 дает FHOмодель (штриховая линия). При M = 9.3 колебательные температуры, полученные на основе модели FHO и в эксперименте, практически совпадают.На рисунке 4b представлены максимальные значения колебательной температуры в релаксационной зоне в зависимости от температуры непосредственно за ударной волной T (1) . Видно, что наилучшее согласие при определении максимальных значений T1O2 с экспериментальными данными дает SSHмодель. Модели FHO и LT дают заниженные значения максимумов колебательной температуры T1O2 .В Заключении кратко сформулированы основные результаты диссертационной работы, которые сводятся к следующему:1.
Разработаны четырехтемпературная и трехтемпературные модели для описания неравновесных процессов в высокотемпературном пятикомпонентномвоздухе N2 /O2/N O/N/O с учетом диссоциации, рекомбинации, обменных химических реакций и переходов колебательной энергии. Модели основаны наколебательных распределениях, справедливых в разных условиях неравновесности.2. Детально исследованы двухтемпературные коэффициенты скорости обменных реакций Зельдовича, показано влияние колебательных распределений на эти коэффициенты. Введены уровневые и двухтемпературные факто16ры неравновесности для реакций обмена, представлены результаты расчетовнеравновесных факторов и коэффициентов скорости реакций в разных температурных условиях.3.
На основе трехтемпературного описания разработан программный код ичисленно решена задача о течении пятикомпонентного воздуха за ударнымиволнами, возникающими в равновесном и колебательно возбужденном газе.На основе полученных результатов показано: влияние колебательных распределений на макропараметры смеси в релаксационной зоне; влияние моделейпереходов колебательной энергии и химических реакций на макропараметры;влияние условий в набегающем потоке на изменение температуры, скоростипотока, состава воздуха и колебательных температур молекул азота и кислорода в релаксационной зоне за ударным фронтом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
