Расчет радиационных характеристик ударно-нагретого воздуха методом прямого статистического моделирования Монте-Карло

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты моделирования радиационных характеристик воздуха за фронтом сильной ударной волны, выполненного с помощью метода прямого статистического моделирования Монте-Карло. В используемой модели учитываются различные физико-химические процессы, протекающие в ударно-нагретом воздухе, включая поступательно-вращательный и поступательно-колебательный энергообмен, кинетику химических реакций, возбуждение электронных уровней атомов и молекул, а также процессы излучения и поглощения для дискретного спектра. В результате проведенных расчетов получены интегральные по времени спектрограммы объемной мощности излучения ударно-нагретого воздуха в абсолютных единицах в диапазоне скоростей ударной волны от 7.4 до 10.7 км/с при давлении газа перед фронтом ударной волны 0.25 Торр. Результаты расчетов сравниваются с экспериментальными данными, полученными в двухдиафрагменной ударной трубе DDST-M Института механики МГУ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Л. Кусов

Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: vyl69@mail.ru
Россия, Москва

Н. Г. Быкова

Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: vyl69@mail.ru
Россия, Москва

Г. Я. Герасимов

Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: vyl69@mail.ru
Россия, Москва

П. В. Козлов

Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: vyl69@mail.ru
Россия, Москва

И. Е. Забелинский

Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: vyl69@mail.ru
Россия, Москва

В. Ю. Левашов

Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: vyl69@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Uyanna O., Najafi H. // Acta Astronaut. 2020. V. 176. P. 341. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.06.047
  2. Willcockson W.H. // J. Spacecraft Rockets. 1999. V. 36. P. 470.
  3. Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмерные модели. М.: Физматлит, 2018.
  4. Reyner P. // Prog. Aerospace Sci. 2016. V. 85. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2016.04.002
  5. Gu S., Olivier H. // Prog. Aerospace Sci. 2020. V. 113. № 100607. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2020.100607
  6. Суржиков С.Т. // Изв. РАН. МЖГ. 2018. № 2. С. 149.
  7. Leitner J., Hyde T. // Acta Astronaut. 2023. V. 202. P. 333. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.10.043
  8. Sheikh U.A., Morgan R.G., McIntyre T.J. // AIAA J. 2015. V. 53. P. 3589.
  9. Brandis A.M., Johnston C.O., Cruden B.A., Prabhu D. // J. Thermophys. Heat Trans. 2017. V. 31. P. 178. https://doi.org/10.2514/1.T4878
  10. Kozlov P.V., Surzhikov S.T. AIAA Paper. 2017. № 0157.
  11. Collen P.L., Doherty L.J., McGilvray M. Measurements of radiating hypervelocity air shock layers in the T6 Free-Piston Driven Shock Tube // ESA Conference Bureau, 2019.
  12. Забелинский И.Е., Козлов П.В., Акимов Ю.В., Быкова Н.Г., Герасимов Г.Я., Туник Ю.В., Левашов В.Ю. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 11. С. 22.
  13. Быкова Н.Г., Забелинский И.Е., Козлов П.В., Герасимов Г.Я., Левашов В.Ю. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 10. С. 34.
  14. Суржиков С.Т. // Хим. физика. 2010. Т. 29. № 7. С. 48.
  15. Whiting E., Park C., Liu Y., Arnold J., Paterson J. NASA Ref. Publ. 1996. № 1389.
  16. Быкова Н.Г., Кузнецова Л.А. // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 105. № 5. С. 732.
  17. Johnston C.O., Hollis B.R., Sutton K. // J. Spacecraft Rockets. 2008. V. 45. № 5. P. 865. https://doi.org/10.2514/1.33004
  18. Kumar N., Bansal A. // Acta Astronaut. 2023. V. 205. P. 172. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.01.031
  19. Lemal A., Jacobs C.M., Perrin M.-Y. et al. // J. Thermophys. Heat Transf. 2016. V. 30. № 1. P. 197. https://doi.org/10.2514/1.T4550
  20. Karpuzcu I.T., Jouffray M.P., Levin D.A. // J. Thermophys. Heat Transf. 2022. V. 36. № 4. P. 982. https://doi.org/10.2514/1.T6505
  21. Du Y.W., Sun S.R., Tan M.J. et al. // Acta Astronaut. 2022. V. 193. P. 521. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.01.034
  22. Суржиков С.Т. // Физ.-хим. кинетика в газовой динамике. 2022. Т. 23. № 4. С. 1.
  23. Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows. Oxford: Clarendon Press, 1994.
  24. Jiang D., Wang P., Li J., Mao M. // Entropy. 2022. V. 24. № 836. https://doi.org/10.3390/e24060836
  25. Gosma M., Stephani K.A. AIAA Paper. 2022. № 2356.
  26. Chen S., Stemmer C. // J. Spacecraft Rockets. 2022. V. 59. P. 1634. https://doi.org/10.2514/1.A35359
  27. Li Q., Zeng J., Huang Z., Wu L. // J. Fluid Mech. 2023. V. 965. № A13.
  28. Thirani S., Karpuzcu I.T., Levin D.A. AIAA Paper. 2023. № 2089.
  29. Zhu T., Li Z., Levin D.A. // J. Thermophys. Heat Transf. 2014. V. 28. № 4. P. 623. https://doi.org/10.2514/1.T4419
  30. Gimelshein S.F., Wysong I.J. // J. Thermophys. Heat Transf. 2019. V. 33. № 3. P. 606. https://doi.org/10.2514/1.T5555
  31. Козлов П.В., Кусов А.Л., Быкова Н.Г., Забелинский И.Е., Левашов В.Ю., Герасимов Г.Я. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 2. С. 57.
  32. Кусов А.Л., Быкова Н.Г., Герасимов Г.Я., Забелинский И.Е., Козлов П.В., Левашов В.Ю. // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 6. С. 192.
  33. Boyd I.D. AIAA Paper 2013. № 2557.
  34. Park C., Howe J.T., Jaffe R.L., Candler G.V. // J. Thermophys. Heat Transfer. 1994. V. 8. № 1. P. 9. https://doi.org/10.2514/3.496
  35. Ibragimova L.B., Shatalov O.P. Non-equilibrium Kinetics behind Shock Waves Experimental Aspects // High Temperature Phenomena in Shock Waves / Ed. Brun R. Berlin, Heidelberg: Springer, 2012. P. 99.
  36. Park C. Nonequilibrium Hypersonic Aerothermodyna mics. N.Y.: Wiley, 1990.
  37. Adamson S., Astapenko V., Deminskii M. et al. // Chem. Phys. Lett. 2007. V. 436. P. 308. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2007.01.057
  38. Brunger M.J., Campbell L., Cartwright D.C. et al. // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2000. V. 33. P. 809.
  39. NIST Atomic Spectra Database. Version 5.9. Gaithersburg: NIST, 2021.
  40. Кузнецова Л.А., Кузьменко Н.Е., Кузяков Ю.Я., Пластинин Ю.А. Вероятности оптических переходов двухатомных молекул. М.: Наука, 1980.
  41. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматлит, 2008.
  42. Badnell N.R., Bautista M.A., Butler K. et al. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2005. V. 360. P. 458.
  43. Забелинский И.Е., Козлов П.В., Акимов Ю.В., Бы ко ва Н.Г., Герасимов Г.Я., Туник Ю.В., Левашов В.Ю. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 11. С. 22.
  44. Kozlov P.V., Bykova N.G., Gerasimov G.Ya., Leva shov V.Yu., Kotov M.A., Zabelinsky I.E. // Acta Astronaut. 2024. V. 214. P. 303. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.10.033
  45. Kazakov V.V., Kazakov V.G., Kovalev V.S., Meshkov O.I., Yatsenko A.S. // Phys. Scr. 2017. V. 92. № 105002.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сечение возбуждения молекулы NO электронным ударом при переходе X 2Π → D2Σ+: 1 – расчет по формуле (1); 2 – расчет методом функции подобия [37]; 3 – экспериментальные данные [38].

Скачать (63KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Силы осцилляторов для систем молекулярных полос: а – NO(ε), б – N2+(1−).

Скачать (102KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рассчитанные интегральные спектрограммы излучения воздуха при начальном давлении p0 = 0.25 Торр и скоростях ударной волны VSW = 8.9 (а) и 10.7 км/с (б).

Скачать (185KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сравнение рассчитанных (1) и измеренных (2) в ударной трубе DDST-M [44] спектрограмм излучения воздуха в UV/VIS-области спектра при p0 = 0.25 Торр и VSW = 0.4 км/с.

Скачать (123KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Парциальный вклад различных компонентов в излучение ударнонагретого воздуха в UV/VIS-области спектра при p0 = 0.25 Торр и VSW = 0.4 км/с.

Скачать (102KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сравнение рассчитанных (1) и измеренных (2) в ударной трубе DDST-M [44] спектрограмм излучения воздуха в VIS/IR-области спектра при p0 = 0.25 Торр и VSW = 10.4 км/с.

Скачать (144KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Рассчитанная (1) и зарегистрированная измерительными каналами HI (2), HII (3) [44] эволюция излучения атомов кислорода на длине волны λ = 777 нм при p0 = 0.25 Торр и VSW = 8.9 км/с.

Скачать (84KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024