Р ОССИЙСКАЯ А КАДЕМИЯ Н АУК, СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ. И НСТИТУТ Т ЕПЛОФИЗИКИ ИМ. С.С.К УТАТЕЛАДЗЕ. VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО НЕРАВНОВЕСНЫМ ПРОЦЕССАМ. - презентация

1 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

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

6 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

7 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

8 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

9 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.

10 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.

11 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.

12 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.

13 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.