Диссертация (1150748), страница 18
Текст из файла (страница 18)
32. Колебательная температура T1,2,3 в зависимости от температуры набегающего потокаT (−) при разных углах наклона скачка α и числах Маха M (−) набегающего потока. Кривые1 соответствуют M (−) = 2; кривые 2 – M (−) = 2, 5; кривые 3 – M (−) = 3.(+)Наименьшие значения температуры T1,2,3 наблюдаются при высоких скоростях и низкой температуре набегающего потока. С их ростом начинаетсястремление колебательной температуры к своему значению до ударной волны,но она не достигает его, что говорит о ее скачкообразном изменении.Снова проявляется эффект уменьшения степени неравновесности углекислого газа при переходе через ударную волну, причем здесь этот эффект проявляется немного сильнее.В настоящей главе были рассмотрены три типа неравновесного потокауглекислого газа с косыми и прямыми скачками уплотнения.
В первом случае был рассмотрен низкотемпературный поток углекислого газа, в котором доударной волны сформировалось распределение, соответствующее завершению112стадии V V -релаксации; во втором случае – стадии V V ′(1−2) -релаксации; в третьем случае – стадиям V V ′(2−3) и V V ′(1−2−3) -релаксации. В каждой из ситуацийбыло проведено послойное исследование скачка уплотнения, который разделялся на две, три и четыре релаксационные зоны в соответствии с рассматриваемым типом неравновесности. На границе каждой релаксационной зоны быливыписаны условия динамической совместности, соответствующие замкнутымсистемам алгебраических уравнений, разрешив которые методом Ньютона, были получены значения газодинамических параметров на границах соответствующих релаксационных зон для косого скачка с разными углами наклона и дляпрямого скачка уплотнения.Полученные результаты показывают, что за ударной волной температурагаза становится выше, а скорость уменьшается.
При это скачки температурыи скорости увеличиваются по сравнению с равновесным набегающим потоком.Видимо, это связано со слабым обменом между поступательной и колебательной энергией.При переходе между релаксационными зонами внутри ударной волны, атакже при изменение типа и степени неравновесности, связанной с отношениями T1,2 /T и T1,2,3 /T , не происходит изменения газодинамических параметров.Это можно объяснить тем, что при V V ′ -обменах происходит только перераспределение колебательной энергии между модами, а поступательно-вращательнаяэнергия не изменяется.Таким образом здесь, как и в главе 3, можно сделать вывод о том, чтоможно не рассматривать зоны V V ′ -релаксации.Наблюдаемая картина поведения колебательных температур для каждойиз релаксационных зон говорит о некотором уменьшении степени неравновесности течения за ударной волной.
При этом изменения колебательных температур(−)(−)T1,2 и T1,2,3 , происходит значительно менее интенсивно, нежели изменение температуры газа.113ЗАКЛЮЧЕНИЕВ настоящей работе рассматривался углекислый газ, молекулы которогонаряду с поступательными могут обладать вращательными и колебательными степенями свободы. При описании колебательных степеней свободы использовалась модель гармонического осциллятора. Математическое моделированиеосуществлялось с использованием методов кинетической теории газов. Особоевнимание уделялось рассмотрению различных стадий колебательной релаксации и получению неравновесных квазистационарных распределений молекул поуровням колебательной энергии. Процесс колебательной релаксации разделялся на несколько стадий в зависимости от типа протекающих обменов энергией.На каждой из выделенных стадий релаксации были выписаны квазистационарные функции распределения.В работе было конкретизировано аналитическое выражение для скоростираспространения малых возмущений, которая в аэродинамике ассоциируетсясо скоростью звука, для разных стадий релаксации углекислого газа.
Подробноисследовалось влияние различных колебательных обменов на коэффициент kи скорость звука. Получены зависимости коэффициента k и скорости звука оттемпературы газа T на разных стадиях релаксации. Показано, что внутримодовые колебательные обмены не влияют на коэффициент k и скорость звука.Стадии межмодовых V V ′ обменов оказывают некоторое влияние на коэффициент k при низких значениях температуры газа и высоких значениях колебательных температур. В равновесии с ростом температуры значения адиабатического коэффициента k уменьшаются. При температуре T = 1500K наблюдаетсязначение k = 1, 28.114Полученные результаты дают основания предположить, что значениеадиабатического коэффициента k в основном зависит от того, какую долю составляет поступательная (тепловая) энергия молекул в общей энергии.В диссертации рассматривался пространственно-однородный углекислыйгаз в условиях энергетической накачки колебательных мод.
При накачке накаждую моду было проведено пространственно-временное разделение процесса релаксации и получены зависимости температуры газа и соответствующихколебательных температур на промежуточных и окончательных стадиях релаксации от начальной температуры газа T0 и температуры накачки T ∗ . Такжебыли получены значения равновесной температуры газа.Показано, что при накачке стадии межмодовых V V ′ -обменов приводятк выравниванию колебательных температур.
Температуры T1,2 и T1,2,3 сильнозависят от температур T ∗ и T0 .Температура газа на промежуточных стадиях меняется мало и близка кначальной температуре T0 . Изменение температуры газа происходит не сразу,а только в результате V RT -обменов, то есть наблюдается некоторый инкубационный период. Это связано с тем, что V V ′ -обмены не имеют канала релаксации.В состоянии равновесия температура газа сильно зависит как от температуры T0 , так и от температуры T ∗ .
Отмечена разница в процессах V RT релаксации при накачке на разные моды.В данной диссертационной работе было проведено послойное исследованиескачков уплотнения, возникающих в сверхзвуковых потоках углекислого газа.Рассматривались косые скачки уплотнения при различных значениях угла наклона и прямой скачок. Согласно описанной выше модели, скачки уплотненияразделялись на несколько релаксационных зон, на границах которых были выписаны обобщенные условия динамической совместности как для косого, так идля прямого скачка уплотнения.Был проведен численный расчет состояний молекул углекислого газа награницах выделенных релаксационных зон внутри скачка уплотнения и за ним.Было оценено влияние параметров набегающего потока и различных колебательных переходов на поведение газодинамических величин, таких как температура газа, скорость, колебательные температуры соответствующие определенным зонам.
Для каждого вида набегающего потока в косом скачке былипроведены расчеты угла отклонения потока на границе каждой релаксацион-115ной зоны.В условиях равновесного потока за ударной волной формируется новое состояние полного термодинамического равновесия с более высокой температуройгаза. Показано, что эта температура тем выше, чем выше скорость набегающегопотока и чем круче угол наклона скачка. Наибольшие ее значения достигаютсяза прямым скачком.Удалось показать, что в ряде случаев изменение газодинамических параметров в зонах V V ′ -релаксации оказывается значительно меньше измененияэтих параметров в зоне RT -релаксации и завершающей зоне V RT -релаксации(выход на состояние термодинамического равновесия).
При этом колебательныетемпературы с точностью до нескольких градусов совпадают с температуройгаза до скачка.В условиях неравновесного набегающего потока за ударной волной устанавливается новое неравновесное квазистационарное распределение, соответствующее колебательному распределению до волны. Показано, что в этом случае скачки температуры и скорости становятся больше, по сравнению со случаем равновесного набегающего потока. При прохождении газа через ударнуюволну немного уменьшается степень его неравновесности как в случае прямого,так и в случае косого скачка уплотнения. Данные процессы подобны результатам, полученным для прямых скачков в двухатомных газах в работе [16].Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что при изучении релаксационных процессов за ударными волнами в рассматриваемых условиях не обязательно выделять зоны V V ′ -релаксации.Все результаты данной работы были получены на основании единогоподхода.
В работе была предложена схема поэтапного исследования колебательной релаксации углекислого газа. Она была использована при изучениипространственно-однородной релаксации CO2 , а также для оценки влияния возбуждения колебательных степеней свободы на газодинамические параметры иударно-волновые процессы в углекислом газе в условиях умеренных температури скоростей. В дальнейшем подобная схема исследований может быть применена в условиях, когда в газе нужно учитывать возбуждение верхних колебательных уровней, а также процессы диссоциации и рекомбинации.116СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.Аблеков В.К., Денисов Ю.Н., Любченко Ф.Н.
Справочник по газодинамическим лазерам. Москва: Машиностроение, 1982. 168 c.2.Андерсон Дж. Газодинамические лазеры. М.: Мир, 1979. 490 с.3.Ачасов О.В., Кудрявцев Н.Н., Новиков С.С. и др. Диагностика неравновесных состояний в молекулярных лазерах. Минск: Наука и техника, 1985.208 с.4.Ачасов О.В., Рагозин Д.С. Константы колебательного энергообмена влазерно-активных средах CO2 -ГДЛ с добавками O2 , H2 , H2 O, CO: Препринт №16. Минск, Белоруссия: ИТМО,1986.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
