ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МАКРОПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА К КИНЕТИЧЕСКОЙ СХЕМЕ И МОДЕЛЯМ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Автор: Мария Альбертовна Абакарова

Соавторы: Кравченко Д.С., Кустова Е.В.

Организация: Санкт-Петербургский государственный университет

Исследование чувствительности математических моделей неравновесных течений к параметрам физико-химических процессов критически важно для понимания роли отдельных процессов в эволюции макропараметров потока. Прямой анализ методом Монте-Карло требует слишком большого количества численных экспериментов, поэтому поиск более эффективных алгоритмов является актуальной задачей.

В данной работе для проведения глобального анализа чувствительности рассматривается поуровневая модель релаксации плазмы воздуха в послеразрядной зоне, разработанная в работе [1]. В ходе анализа была построена суррогатная модель на основе метода полиномиального хаоса [2] и вычислены индексы Соболя – показатели влияния каждого входного параметра на результат [3].

Исследуемая модель включает 20 физико-химических процессов: обмены колебательной энергией, диссоциация, рекомбинация, реакции Зельдовича, процессы с участием возбужденных состояний молекул, электронно-ионные реакции и гетерогенные процессы на стенке. Для выявления процессов, которые наибольшим образом влияют на макропараметры, использован аппарат бинарного анализа. Непрерывный анализ проведен для варьирования предэкспоненциальных факторов в законе Аррениуса для доминирующих реакций.

Анализ показал, что эволюция температуры определяется в основном четырьмя механизмами: рекомбинация на стенке, VV-обмены и реакции Зельдовича (см. рис. 1). Непрерывный анализ подтвердил высокую чувствительность к предэкспоненциальным факторам в законе Аррениуса для реакций Зельдовича. Выделение ключевых реакций дает возможность упростить модель, исключив процессы с малым вкладом, что существенно сокращает вычислительные затраты. Предложенная методология может быть применена к другим задачам неравновесной кинетики.