Введение к работе
Актуальность темы. Исследование течений химически однородного двухатомного газа с вращательными и колебательными степенями свободы, связано с потребностями высокоскоростной и высокотемпературной газодинамики, химической технологии и лазерной техники. Активной средой газовых лазеров является газ с инверсной заселенностью энергетических уровней. Такие состояния газа далеки от равновесия. Это оказывает существенное влияние на характер течения, значения газодинамических параметров, процессы переноса, и т.д. В то же время газодинамика потока влияет на физическую кинетику, на формирование различного вида распределений молекул по энергетическим уровням, скорости релаксационных процессов и т.д. В этих условиях необходимость комплексного изучения газодинамики и физической кинетики газов с разной степенью неравновесности является очевидной.
Цель работы состояла в построении кинетических моделей течений газа из ангармонических осцилляторов с разной степенью отклонения от равновесия; получении замкнутых систем газодинамических уравнений в рассматриваемых ситуациях; в исследовании влияния разной степени неравновесности на теплофизические свойства и процессы переноса идеального и вязкого газа; в применении предложенных моделей для изучения пространственно - однородной релаксации и течений газа в расширяющихся конических соплах.
Методах исследования. В диссертации применяются методы статистической термодинамики, кинетической теории газов и численные методы газовой динамики.
Научная новизна. В диссертации получены новые результаты, представляемые к защите:
1. Выделение ведущего столкиовительного оператора в системе кинети
ческих уравнений для газа из ангармонических осцилляторов на основании
нового подхода к разделению на стадии процесса колебательной релаксации.
Получение из кинетических уравнений сокращенного газодинамического опи
сания течений с разной степенью неравновесности.
-
Определение температур и колебательных заселенностей на разных стадиях пространственно - однородной релаксации молекулярного азота.
-
Теоретическое исследование влияния разной степени колебательной неравновесности на теплофизические свойства и процессы переноса идеального и вязкого газа, расчет теплоємкостей и коэффициентов теплопроводности молекулярного азота.
-
Постановка задач о течении молекулярного азота в расширяющемся коническом сопле. Расчет изменения газодинамических параметров и колеба-
тельных заселенвостей вдоль оси сопла на основании сокращенного описания и с использованием полной системы уравнений для заселенвостей колебательных уровней.
Степень обоснованности результатов определяется использованием математического аппарата, разработанного в кинетической теории газов. О достоверности полученных результатов можно судить на основании качественного и количественного сравнения некоторых из полученных результатов с результатами других авторов. При исследовании течений газа в сопле применялись различные подходы и проводилось сравнение соответствующих результатов.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались на XVII конференции молодых ученых мех.-мат, МГУ (Москва 3 - 7 апреля 1995 г.); на международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (МАИ, Москва 23 - 30 июня 1995 г.); на итоговой сессии ученого совета гидрометеорологического института (Петербург 23 -24 января 1996 г,); на семинарах кафедры гидроаэромеханики СПбГУ. По материалам диссертации опубликовано четыре работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 142 страницах, включая 30 рисунков, 8 таблиц и список литературы, содержащий 74 наименований.