Автореферат (1150000)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиМЕХОНОШИНА Мария АндреевнаПЕРЕНОС ТЕПЛА В СИЛЬНОНЕРАВНОВЕСНЫХ ТЕЧЕНИЯХРЕАГИРУЮЩЕЙ СМЕСИ ГАЗОВ01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2015Работа 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 областной университетпрофессор кафедры теоретической физикикандидат физико-математических наук,Бондарь Евгений Александрович,Институт теоретической и прикладной механикиим. С.А.

Христиановича СО РАНзав. лабораторией вычислительной аэродинамикиВедущая организация:Балтийский государственный техническийуниверситет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова(Санкт-Петербург)”2015 года вчасов наЗащита диссертации состоится “заседании совета Д 212.232.30 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Петродворец, Университетский пр., д. 28,математико-механический факультет, ауд.

405.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотекеСанкт-Петербургскогогосударственногоуниверситетапоадресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9 и насайтеhttp://spbu.ru/science/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dislist/details/14/563Автореферат разослан “Ученый секретарьдиссертационного совета”2015 года.Е.В. КустоваОбщая характеристика работыАктуальность темы. Изучение процессов переноса в высокотемпературных газах требуется для создания эффективной тепловой защиты космических аппаратов; описания процессов в ударных трубах, в рабочей частигиперзвуковых аэродинамических установок; использования в плазменнохимических технологиях.

Поскольку при высоких скоростях и температурах экспериментальное определение транспортных свойств газа реализовать практически не удается, встает вопрос о корректном теоретическом моделировании диссипативных процессов в неравновесных условиях.Применение для этой цели хорошо апробированного аппарата кинетической теории представляется наиболее оптимальным.

Кинетическая теорияпозволяет построить замкнутое описание течения и найти коэффициентыпереноса при различных отклонениях от равновесия. Построение точныхзамкнутых моделей неравновесных высокотемпературных течений газов свнутренними степенями свободы является одной из главных задач даннойработы.Алгоритмы расчета коэффициентов переноса, построенные методамикинетической теории, являются наиболее корректными. Однако их применение на практике часто затруднено из-за серьезных вычислительных затрат, необходимых для решения линейных транспортных систем.

В связис этим возникает необходимость разработки упрощенных моделей, имеющих хорошую точность и пригодных для инженерных приложений. Именнотакой моделью является известная поправка Эйкена для расчета коэффициента теплопроводности газов с внутренними степенями свободы. Предложенная в 1913 году, она до сих пор широко используется для расчета коэффициента теплопроводности при низких температурах. Обобщение моделиЭйкена на случай высокотемпературного газа с электронным возбуждением и проверка достоверности построенного обобщения является актуальнойзадачей теории процессов переноса и имеет большую практическую значимость.Применение точных и приближенных моделей расчета коэффициентовпереноса для исследования особенностей тепломассопереноса за сильнымиударными волнами является важной фундаментальной задачей, поскольку дает возможность понять, как влияют физико-химические процессы инеравновесные распределения молекул по внутренней энергии на диффузию и тепловые потоки в ударно-нагретом газе.

Анализ вклада различныхдиссипативных процессов в перенос энергии позволит предсказывать тепловые потоки и в других неравновесных ситуациях, если известны основные механизмы релаксации. В настоящей работе проанализированы диффузия и поток тепла в смесях N2 /N и O2 /O.3Цель работы1. Изучение процессов переноса в неравновесной смеси газов с учетомвнутренних степеней свободы и химических реакций в однотемпературном и поуровневом приближениях.2.

Исследование коэффициентов переноса на основе точного кинетического подхода. Модификация формулы Эйкена для коэффициентатеплопроводности в газах с учетом электронного возбуждения атомов и молекул.3. Оценка влияния размера электронно возбужденных атомов на интегралы столкновений и процессы переноса. Установление пределовприменимости приближенных моделей расчета коэффициентов теплопроводности при учете электронного возбуждения.4. Изучение переноса массы и энергии в неравновесных течениях засильными ударными волнами. Сравнение результатов, полученныхпри поуровневом и однотемпературном описании течений воздуха заударными волнами.

Оценка влияния неравновесности, химическихреакций и условий в набегающем потоке на потоки диффузии и потоктепла за фронтом ударной волны.Научная новизна1. Учтено электронное возбуждение атомов и молекул в однотемпературном приближении, что впервые позволило обощить формулу Эйкена на случай высокотемпературного неравновесного газа.2. Проведены систематические расчеты коэффициентов теплопроводности компонентов воздуха N2 , O2 , N O, N , O в широком диапазоне температур (200–20000 K); на основании анализа вклада возбужденныхсостояний атомов в интегралы столкновений установлены пределыприменимости приближенных моделей расчета коэффициентов переноса в газе с электронным возбуждением.3. Впервые исследовано релаксационное давление в неравновесной смеси с реакцией диссоциации и электронным возбуждением; оцененвклад релаксационного давления в нормальные напряжения; изученовлияние состава смеси и температуры на диагональные члены тензора напряжений в вязкой жидкости в неравновесных условиях.4.

Сравнение тепловых потоков, рассчитанных с применением различных подходов, однотемпературного и поуровневого, позволило выявить характерные особенности процесса диффузии колебательнойэнергии и его вклад в перенос тепла за фронтом ударной волны.5. Проведен систематический анализ вклада процессов теплопроводности, массовой диффузии, термодиффузии и диффузии колебательной4энергии в перенос тепла и массы в ударно-нагретых смесях N2 /N иO2 /O при различных начальных условиях; объяснены причины различного качественного поведения тепловых потоков в азоте и кислороде; обнаружен эффект компенсации тепловых потоков за счетразличных диссипативных процессов.6.

Впервые исследованы процессы переноса за ударной волной, распространяющейся в колебательно-возбужденном газе.Научная ценность и практическая значимость1. Разработаны алгоритмы расчета поуровневых и однотемпературныхкоэффициентов переноса; оценка диаметров возбужденных атомовпозволила установить пределы применимости моделей процессов переноса при учете электронного возбуждения.2. Уточненная формула Эйкена для газов с электронным возбуждением может быть рекомендована для проведения инженерных расчетовкоэффициента теплопроводности при высоких температурах.3.

Полученные данные для потоков тепла за фронтом ударной волнымогут быть использованы для проектирования эффективной тепловой защиты обшивки сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов.Достоверность результатов обеспечена применением строгих подходов кинетической теории газов, детально разработанной в литературныхисточниках; хорошим согласованием результатов расчета коэффициентовпереноса с экспериментальными данными, доступными для ограниченногодиапазона условий; использованием современных проверенных аппроксимаций интегралов столкновений, применимость которых обоснована в широком диапазоне температур.Положения, выносимые на защиту1. Обобщенная формула Эйкена для расчета коэффициентов теплопроводности молекул с возбужденными вращательными, колебательными и электронными степенями свободы и атомов с электроннымвозбуждением; оценка пределов применимости обобщенной поправкиЭйкена на основании анализа диаметров возбужденных частиц.2.

Результаты расчета коэффициентов теплопроводности газов N2 , O2 ,N O, N , O с электронным возбуждением в диапазоне температур200 − 20000 K.3. Результаты анализа вклада различных диссипативных процессов втепловой поток за фронтом ударной волны в смесях N2 /N , O2 /O; эффект компенсации потоков за счет теплопроводности, массовой диффузии и диффузии колебательной энергии ведет к существенному5уменьшению полного теплового потока; термодиффузия не вноситзаметного вклада в перенос тепла.4. Сравнение потоков тепла в ударно-нагретых смесях N2 /N , O2 /Oв однотемпературном и поуровневом приближениях выявило важную роль неравновесной колебательной кинетики в переносе теплаза ударными волнами.5. Результаты исследования влияния неравновесного набегающего потока на процессы диффузии и теплопереноса за ударной волной.

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.

Список файлов диссертации