Р ОССИЙСКАЯ А КАДЕМИЯ Н АУК, СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ. И НСТИТУТ Т ЕПЛОФИЗИКИ ИМ. С.С.К УТАТЕЛАДЗЕ. VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО НЕРАВНОВЕСНЫМ ПРОЦЕССАМ В СОПЛАХ И СТРУЯХ. В ЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕРХЗВУКОВОГО ПОТОКА СМЕСИ ОДНОАТОМНОГО И МНОГОАТОМНОГО ГАЗОВ С ПРОВОЛОЧНОЙ ПРЕГРАДОЙ. Р ОМАН В. М АЛЬЦЕВ А ЛЕКСЕЙ К. Р ЕБРОВ

Содержание: Метод расчета. Обтекание бесконечной решетки прямых параллельных проволочек плоскопараллельным потоком чистого C 2 F 4. Течение чистого C 2 F 4 сквозь радиальную решетку проволочек. Обтекание радиальной решетки смесью He + C 2 F 4. Сравнение различных режимов.

Метод расчета Для анализа течений использован известный метод прямого статистического моделирования DSMC (direct simulation Monte Carlo). Этот метод реализует статистическую модель столкновений. Макроскопические характеристики потока (плотность, скорость, температуры и т.д.) находились путем осреднения состояний частиц по большому количеству временных шагов после достижения стационарного состояния течения. Для учёта внутренних степеней свободы применяется модель Ларсена- Боргнакке. Локальные поступательная температура T t и колебательная энергия E V определяются в каждой ячейке как средние по времени за всю стационарную часть расчета. Для C 2 F 4, эти значения используются для вычисления локального эффективного числа степеней свободы и числа столкновений, необходимых для релаксации Z V (T t,T V ), используя закон Ландау-Теллера. Вращательная релаксация учтена независимо с использованием постоянных числа столкновений для релаксации Z R и числа степеней свободы. Учитывались вращательно-поступательные (R-T) и колебательно-поступательные (V-T) переходы энергии с учётом релаксации, релаксация обмена V-V, R-V рассчитывалась согласно алгоритма Particle Selection. Модель VSS использована при параметрах, вычисленных исходя из температурных зависимостей для вязкости и диффузии, вычисленных по модели Леннарда-Джонса, с параметрами из справочника.

Обтекание бесконечной решетки параллельных проволочек плоскопараллельным потоком чистого C 2 F 4. Течение вблизи границы области счета не возмущено. Сформировалась ударная структура. Газ: 100 % C 2 F 4, P 0 = 3 мм рт. ст., T 0 = 773 K, Диаметр критики d * = 1 см, расстояние от критики L=1 см. Проволочки: h w = 2 мм, d w = 0.3 мм, T w = 1170 K. Возмущения достигли границы области счета. Ударная структура не сформировалась. Газ: 100 % C 2 F 4, P 0 = 3 мм рт. ст., T 0 = 773 K, Диаметр критики d * = 1 см, расстояние от критики L=1 см. Проволочки: h w = 1 мм, d w = 0.3 мм, T w = 1170 K.

Линии тока на фоне распределения числа Маха. Изолинии соответствуют значениям 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5. Параметры торможения: T 0 = 773 K, P 0 = 192 Па, диаметр критики d * = 10 мм. Условия на бесконечности: T = 300 K, P = 1.44 Па. Проволочки: h w = 5.5 мм, d w = 1.5 мм, T w = 773 K. Подложка: d s = 15 мм, T s = 423 K. Течение чистого C 2 F 4 сквозь радиальную решетку проволочек.

Распределение параметров вдоль центральной (осевой) линии тока. T s, T n – продольная и поперечная поступательные температуры соответственно, T v – колебательная температура, M – число Маха, n – плотность. Течение чистого C 2 F 4 сквозь радиальную решетку проволочек. Z

Распределение параметров в плоскости симметрии проволочной сетки. T w = 423 K. T s, T n – продольная и поперечная поступательные температуры соответственно, T v – колебательная температура, M – число Маха, n – плотность. Течение чистого C 2 F 4 сквозь радиальную решетку проволочек. Z

Распределение параметров за проволочками в 3 вертикальных сечениях: посередине между проволочками и мишенью, на ¼ расстояния от мишени, в плоскости мишени. Можно видеть, что на ¼ расстояния от мишени до проволочек, неоднородность возмущений от проволочек («тень») уже незначительна. T w = 423 K. T s, T n – продольная и поперечная поступательные температуры соответственно, T v – колебательная температура, M – число Маха, n – плотность. Течение чистого C 2 F 4 сквозь радиальную решетку проволочек. Z

Линии тока на фоне средних поступательных температур: вверху – несущий газ (He), внизу – примесь (C 2 F 4 ). Обтекание смесью He + C 2 F 4 Параметры торможения: T 0 = 773 K, P 0 = 192 Па, смесь 97.5 % He % C 2 F 4. Диаметр критики d * = 10 мм. Условия на бесконечности: T = 300 K, P = 1.44 Па. Проволочки: шаг h w = 5.5 мм, T w = 1000 K, d w = 1.5 мм. Мишень: T s = 423 K, d s = 15 мм.

Распределение параметров течения вдоль осевой линии тока. Обтекание смесью He + C 2 F 4 Параметры торможения: T 0 = 773 K, P 0 = 192 Па, смесь 97.5 % He % C 2 F 4. Диаметр критики d * = 10 мм. Условия на бесконечности: T = 300 K, P = 1.44 Па. Проволочки: шаг h w = 5.5 мм, T w = 1000 K, d w = 1.5 мм. Мишень: T s = 423 K, d s = 15 мм.

Сравнение различных режимов Газ: 100 % C 2 F 4, Проволочки: h w = 5.5 мм, d w = 1.5 мм, T w = 773 K. Газ: 97.5 % He % C 2 F 4, Проволочки: h w = 5.5 мм, d w = 1.5 мм, T w = 773 K. Газ: 97.5 % He % C 2 F 4, Проволочек нет. Газ: 100 % C 2 F 4, Проволочек нет.

Сравнение различных режимов Сравнение режимов течения при разных диаметрах проволочек с температурой T w =773 K (сверху) и при диаметре d w =1.5 мм и разных T w (снизу). Слева – смесь 97.5 % He % C 2 F 4, справа – 100 % C 2 F 4.

Заключение При заданных параметрах потока, для сетки прямых параллельных проволочек переход от режима с присоединенной ударной волной к режиму с отошедшей ударной волной происходит в диапазоне 0.15 < d/h < 0.3. При заданных параметрах потока, для сетки прямых параллельных проволочек переход от режима с присоединенной ударной волной к режиму с отошедшей ударной волной происходит в диапазоне 0.15 < d/h < 0.3. В рассмотренном течении через радиальную сетку, реализуется режим с присоединенной ударной волной. Течение сильно неравновеснойй. Поступательная температура C 2 F 4 достигает значений, превышающих температуру торможения. В рассмотренном течении через радиальную сетку, реализуется режим с присоединенной ударной волной. Течение сильно неравновеснойй. Поступательная температура C 2 F 4 достигает значений, превышающих температуру торможения. При течении смеси, по сравнению с течением чистого C 2 F 4, значительно большая доля тяжелого газа летит в направлении мишени, его поступательная температура достигает в 2.5 раза более высоких значений, при этом влияние температуры проволочек на параметры течения C 2 F 4 за проволочками заметно слабее, а плотность C 2 F 4 за сеткой менее чувствительна к диаметру проволочек. При течении смеси, по сравнению с течением чистого C 2 F 4, значительно большая доля тяжелого газа летит в направлении мишени, его поступательная температура достигает в 2.5 раза более высоких значений, при этом влияние температуры проволочек на параметры течения C 2 F 4 за проволочками заметно слабее, а плотность C 2 F 4 за сеткой менее чувствительна к диаметру проволочек. Условия в ударном слое перед мишенью достаточно равномерны и не объясняют наличия в эксперименте «теней» от проволочек. Это говорит в пользу важности химических процессов, протекающих вблизи проволочек и на их поверхности. Условия в ударном слое перед мишенью достаточно равномерны и не объясняют наличия в эксперименте «теней» от проволочек. Это говорит в пользу важности химических процессов, протекающих вблизи проволочек и на их поверхности.