ПОУРОВНЕВАЯ КИНЕТИКА МОЛЕКУЛ NO ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ТЕЧЕНИЙ
Автор: Денис Сергеевич Кравченко
Соавторы: Кустова Елена Владимировна, Кунова Ольга Владимировна, Мельник Максим Юрьевич
Организация: Санк-Петербургский государственный университет, ФИЦ ИУ РАН
Необходимость моделирования неравновесных течений возникает в широком круге задач, например, при исследовании входа спускаемого аппарата в атмосферу планеты. Для изучения неравновесных течений применяют различные подходы, но континуальные методы являются оптимальными в вычислительном плане. Поуровневый подход при этом является наиболее подробным среди континуальных и позволяет детально исследовать связанную колебательно-химическую кинетику в высокотемпературных течениях.
В данной работе поуровневый подход используется для моделирования колебательно-химической релаксации за отражёнными ударными волнами в смесях компонентов воздуха и аргона с различными исходными составами. Начальные условия задаются в соответствие с экспериментами, подробное описание постановки задачи и все исходные данные представлены в работах [1, 2].
В работе исследуется влияние обменных реакций Зельдовича и колебательного возбуждения молекул NO на макроскопические параметры течения. Для этого моделирование проводится с использованием различных моделей обменных реакций (см. рис.). Результаты моделирования сравниваются с экспериментом и данными, полученными прямым статистическим моделированием. Было обнаружено, что влияние обменных реакций и колебательного возбуждения молекул NO зависит от наличия NO в начальном составе смеси. Для смесей с исходным содержанием оксида азота влияние обменных реакций оценено как слабое. Отсутствие колебательного возбуждения молекул NO, наоборот, существенно влияет на параметры потока. Таким образом, в условиях высоких температур в смесях, изначально содержащих оксид азота, точная оценка колебательной энергии молекул NO более важна, чем учёт обменных реакций.
Для смеси N2/O2 (воздух), которая изначально не содержит молекул NO, ситуация противоположна. Учёт колебательного возбуждения NO практически не влияет на точность моделирования, при этом обменные реакции существенно влияют на числовые плотности компонентов смеси и, следовательно, на её состав.
1. Kravchenko D., Kunova O., Kustova E., Melnik M. Reflected shock waves in air components and their mixtures: Validation of theoretical models // Acta Astronautica (2024)
2. Kravchenko D., Kunova O., Kustova E., Melnik M. Effect of exchange reactions and no vibrational excitation on shock-heated air component flows // Chemical Physics Letters (2024)
