Научный отчет № 265

Название: Обтекание сферы сверхзвуковым потоком воздуха с учетом неравновесной ионизации. (Справка). Неравновесное обтекание сферы сверхзвуковым потоком воздуха. (Отчет).
Авторы: Стулов В.П.
Аннотация: При нагревании газа в ударном слое впереди тела, входящего в верхние слои атмосферы с большой скоростью, возможна термическая ионизация компонент воздуха. Обычно распределение образующихся при этом электронов рассчитывается в предположении, что реакция ионизации протекают равновесно. Однако для низких давлений это предположение может оказаться неверным и равновесное распределение электронов будет заметно отличаться от действительного. Кроме того, распределение электронов в термически ионизованном воздухе сильно зависит от состава газа в каждой точке поля течения, т.к. различные компоненты воздуха ионизуются с разными скоростями. Поэтому для аккуратного определения электронной концентрации состав воздуха необходимо рассчитывать с учетом конечных скоростей протекания реакций между его компонентами. Необходимо также учитывать запаздывание возбуждения колебательных степеней свободы молекул кислорода и азота, т.к. при больших температурах (Т~2 10⁴ ⁰К) время возбуждения колебаний сравнимо с характерными временами химических реакций. В первой половине 1963 года на кафедре аэромеханики и газовой динамики МГУ была проведена серия расчетов [4] течения за отошедшей ударной волной в воздухе с учетом пяти неравновесных химических реакций в предположении равновесного возбуждения колебательных степеней свободы молекул. Для расчета был использован метод, изложенный в работе [1]. Проделанные расчеты показали применимость метода к задачам сверхзвукового обтекания затупленных тел с учетом неравновесности в ударном слое и продемонстрировали преимущества этого метода перед другими. Были выявлены некоторые трудности решения задачи, связанные с расчетом течения вблизи равновесия, а также с появлением больших градиентов параметров вблизи поверхности тела. В настоящей справке изложены предварительные результаты расчета поля течения в ударном слое с учетом неравновесного возбуждения колебаний молекул компонент воздуха, неравновесных химических реакций между ними, а также реакций термической ионизации. Использован метод работы [1]. В параграфе 1 выписана полная система уравнений газовой динамики и кратко изложен метод решения задачи. В параграфе 2 выписаны формулы для скоростей реакций и констант скоростей, использованные при расчетах, с указанием источников этих данных. В параграфе 3 дан анализ предварительных результатов расчетов. В параграфе 4 предложена некоторая модель неравновесного течения в ударном слое, позволяющая объяснить появление больших градиентов параметров вблизи поверхности тела.
Год публикации: 1963 г.
Объём: 30 с.
Научный руководитель: Теленин Г.Ф.