Автореферат (1149768)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиСАВЕЛЬЕВ Алексей СергеевичМОДЕЛИ КОЭФФИЦИЕНТОВ СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКИХРЕАКЦИЙ ДЛЯ ЗАДАЧ НЕРАВНОВЕСНОЙ АЭРОДИНАМИКИ01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2018Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,доцент КУСТОВА Елена ВладимировнаОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Кузнецов Михаил Михайлович,Московский государственный областнойуниверситетпрофессор кафедры теоретической физикикандидат физико-математических наук,Погосбекян Михаил Юрьевич,Московский государственный университетим.
М.В. Ломоносоваведущий научный сотрудник Лабораториикинетических процессов в газахВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институттеоретической и прикладной механикиим С. А. Христиановича СО РАНЗащитанадиссертациизаседаниисостоитсясоветагосударственногоД“ 15”212.232.30университетапоиюняна2018базеадресу:годавчасовСанкт-Петербургского198504,Санкт-Петербург,Старый Петергоф, Университетский пр., д. 28, математико-механическийфакультет, ауд. 405.СдиссертациейможноознакомитьсявНаучнойбиблиотекеим. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университетапоадресу:насайте199034,Санкт-Петербург,Университетскаянаб.,д.7/9иhttps://disser.spbu.ru/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dis-list/details/14/1676.htmlАвтореферат разослан “”2018 года.Ученый секретарьдиссертационного советаЕ.В. КустоваОбщая характеристика работыАктуальность темыАктуальностьтемыработыобусловленанеобходимостьюрешениязадач современной высокотемпературной и высокоэнтальпийной газовойдинамики.
Правильный учет химических реакций играет важную роль длякорректного описания динамики неравновесных течений и теплопередачи.Основнымипримерамитакихзадачявляютсяобтеканиекосмическихаппаратов и тел при входе в атмосферы планет, течения при гиперзвуковыхскоростях,процессы,реактивныхзабыватьреакцийпроисходящиедвигателей,иоболееиграетприиспользованиеземныхважнуюрользадачахвистечениилазерных—учетрешениигазовустановок.скоростиизсопелНестоитхимическихэкологическихпроблемиборьбе с загрязнением воздуха. До недавнего времени вычислительныемощности не позволяли проводить расчеты с использованием точныхпоуровневых моделей. Современное развитие техники позволяет активноиспользовать данный подход в моделировании реальных течений.
Носегоиспользованиемсопряженаоднапринципиальнаясложность—дефицит достоверных данных о поуровневых коэффициентах скоростихимических реакций. Самым корректным способом их получения являютсяметоды молекулярной динамики, но они не могут быть непосредственноиспользованы в моделировании течений из-за огромной вычислительнойсложности.простые,Дляноуспешноготочныерешениямоделипоставленныхпоуровневыхзадачнеобходимыкоэффициентовскоростихимических реакций. Решению этой задачи посвящена данная диссертация.Цель работы1.
Систематизация существующих теоретических и экспериментальныхмоделей коэффициентов скорости химических реакций. Определениенаиболеекорректныхмоделей,пригодныхдляпоуровневогоописания неравновесных течений.2. Разработка простых и точных теоретических поуровневых моделейкоэффициентовскоростихимическихреакций,применимыхдлялюбых моделей колебательного спектра.3. Верификация полученных теоретических моделей.4.
Оценкавлиянияпредложенныхмоделейнаописаниепроцессоврелаксации в неравновесных течениях.Научная новизна1. Впервыеполученыкоэффициентовпростыескороститеоретическиехимическихформулыреакций,которыедлянетолько прекрасно согласуются с результатами квазиклассических3траекторных расчетов, но и не зависят от используемой моделиколебательного спектра молекул. В представленных выраженияхиспользуются только значения колебательных энергий, что позволяетиспользовать их без потери точности для любого колебательногоспектра.2.
Впервые получена простая теоретическая формула, учитывающаяколебательное состояние не только реагента, но и продукта обменныххимических реакций, что позволяет существенно увеличить точностьмоделированиясильнонеравновесныхвысокотемпературныхтечений.3. Разработана методика, позволяющая получать теоретические моделипоуровневыхкоэффициентовскоростихимическихреакцийрасчетыкоэффициентовдляразличных газов.4. Проведенысистематическиескоростиреакций в широком диапазоне температур и колебательных энергий,оценено влияние степени неравновесности на точность расчета.5.
Построенныемоделипримененыдлярасчетаконкретныхнеравновесных течений.Научная и практическая ценность1. Полученыпростыехимическихиреакцийточныевмоделивоздухе,коэффициентовкоторыемогутскоростибытьлегкоинтегрированы в существующие программные коды.2. Разработаны и верифицированы методики, позволяющие построитьаналогичные модели с участием других сортов газов (не только ввоздухе, но и в других смесях).3. Созданыпакетов,программныепозволяющиекодысиспользованиемвычислятьматематическихкоэффициентыскоростирассмотренных реакций, разработана библиотека на языке C++;4.
Произведенаоценкаграницприменимостисуществующихтеоретических моделей.Полученные в диссертации поуровневые модели могут быть легкоинтегрированывсуществующиепрограммныекодыиэффективноиспользованы при решении задач неравновесной газовой динамики.Достоверность.основываютсяформулнаРезультаты, полученные в диссертационной работе,строгихиспользуетсятеоретическихсравнениесметодах.результатамиДлянаиболееполученияточныхисовременных квазиклассических траекторных расчетов, обеспечивающихсамые корректные данные скорости химических процессов. Еще одной4гарантиейдостоверностисравнениясданными.Предложенныеполученныхсуществующимисогласованиесвмоделейтеоретическимиработемоделиэкспериментальнымииявляютсяирезультатыэкспериментальнымидемонстрируюттраекторнымихорошеерезультатамившироком диапазоне температур и колебательных состояний реагентов.Параметрытечений,рассчитанныесиспользованиемпредложенныхмоделей, лучше согласуются с данными экспериментов.Положения, выносимые на защиту1.
Методикапостроениятеоретическихкоэффициентовскоростиреакций,колебательногоспектра,имоделейнепоуровневыхзависящихалгоритмвыбораотмоделиоптимальныхпараметров.2. Точныеипростыесвычислительнойточкизрениямоделипоуровневых коэффициентов скорости диссоциации для компонентоввоздуха.3. Поуровневые модели коэффициентов скорости обменных реакцийN2 +O,O2 +Nсучетомколебательноговозбужденияпродуктареакции.4. Программная реализация полученных моделей в средах Maple, Matlab и в библиотеке KAPPA.
Результаты систематических расчетовпоуровневыхимноготемпературныхкоэффициентовскоростиреакций в воздухе в диапазоне температур от 1000 до 15000 K.5. Результатырасчетанеравновесныхтеченийпараметровсвысокотемпературныхиспользованиемпостроенныхмоделей;в ударно нагретом газе применение новых моделей обеспечиваетлучшеесовпадениесэкспериментом;учетколебательноговозбуждения NO существенно влияет на состав смеси за ударнойволной.Апробация работы.Результатыпредставленынаконференциях:МеждународнаяПоляховскиесеминарсвсероссийскихинестационарнымтечениямработымеждународныхсеминарахконференциячтения"(Санкт-Петербург,международнымдиссертационнойучастиемпо2015);по(Новосибирск,механикеXXIVXIи"СедьмыеВсероссийскийструйным,2015);былиотрывнымиМеждународнаяконференция Неравновесные процессы в соплах и струях, NPNJ’2016(Алушта, 2016); 30th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics(Victoria, Canada, 2016); Aerospace Thematic Workshops on Fundamentalsof Aerodynamic Flow and Combustion Control by Plasmas (Pushkin, SaintPetersburg, Russia, 2017); 7th European Conference for Aeronautics and5SpaceSciences,EUCASS2017(Milan,Italy,2017);IIIВсероссийскийнаучный форум "Наука будущего - наука молодых" (Нижний Новгород,2017); Международная конференция по механике "Восьмые Поляховскиечтения" (Санкт-Петербург, 2018).
Результаты также докладывались нанаучных семинарах кафедры гидроаэромеханики Санкт-Петербургскогогосударственного университета.Публикации.Основныерезультатыдиссертацииопубликованывработах [1]-[12] (см. Приложение), из них 4 в журналах, входящих вперечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК.В совместных работах Е.В. Кустовой принадлежат идеи исследований,постановка задачи, развитие методов кинетической теории и обсуждениерезультатов;ЧепменаИ.З.Е.А.дляНагнибедапроводиламноготемпературногоШарафутдиновмноготемпературномпроводилиобобщениеметодаприближения;расчетыприближениях;теченийГ.П.О.В.вЭнскога-КуноваипоуровневомиОблапенкопринадлежитобобщение модели Ландау-Теллера для расчета скорости колебательнойрелаксации.В[10]соавторампринадлежитразработкаразличныхмодулей программного комплекса и создание базы данных свойств частиц.Автору диссертации принадлежит разработка и верификация моделейпоуровневых коэффициентов скорости диссоциации и обменных реакций,программная реализация моделей, анализ результатов.Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РНФ № 15-1930016, РФФИ № 15-01-02373, № 18-01-00493, НИР СПбГУ № 6.37.206.2016,КНВШ Правительства Санкт-Петербурга (ПСП 16538, 2016).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
