Особенности формирования ударных волн в газовой смеси в зависимости от концентрации ее компонентов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе модельного кинетического уравнения для смеси газов и его системы моментных уравнений рассмотрена задача о профиле плоской ударной волны в смеси одно- и многоатомных газов. Проведены серийные расчеты для ударных волн в смесях Ar–He и H 2 –CO 2 в интервале парциальных концентраций от 0.01 до 0.99. Показано, что наиболее узкие профили плотности, скорости и температуры возникают в смеси с малой концентрацией одного из компонентов. Также показано, что решения кинетического и моментного уравнений достаточно близки, при этом вязкие члены моментных уравнений слабо влияют на форму профиля компонента, если концентрация этого компонента мала. Получены и проанализированы немонотонные профили скорости звука.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. А. Никитченко

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: nikitchenko7@yandex.ru
Россия, г. Москва

Н. И. Сергеева

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: natasg@outlook.com
Россия, г. Москва

Список литературы

  1. Струминский В.В. Влияние диффузионной скорости на течение газовой смеси // ПММ. 1974. Т. 38. № 2. С. 203.
  2. Струминский В.В., Шавалиев М.Ш. Явления переноса в многоскоростных и многотемпературных смесях газов // ПММ. 1986. Т. 50. № 1. С. 83.
  3. КиселевС.П., Руев Т.А., Фомин В.М., Шавалиев М.Ш., Трунев А.П. Ударно-волновые процессы в двухкомпонентных и двухфазных средах. Новосибирск: Наука, 1992. 261 с.
  4. Bird G.A. The Structure of Normal Shock Waves in a Binary Gas Mixture // J. Fluid Mech. 1968. V. 31. Pt. 4. P. 657.
  5. Куликов С.В., Берзигияров П.К. Статистическое моделирование поступательной неравновесности газовой смеси во фронте ударной волны на многопроцессорных компьютерах // Выч. мет. Программирование.2002.Т. 3. № 1. С. 144.
  6. Куликов С.В., Соловьева М.Е. Об эффективности статистического моделирования ударной волны в газовой смеси // ЖВМиМФ. 1988. Т. 28. № 12. С. 1867.
  7. Raines A.A. Numerical Solution of One-dimensional Problems in Binary Gas Mixture on the Basis of the Boltzmann Equation // AIP Conf. Proc. 2003. V. 663. № 1. С. 67.
  8. Кузнецов М.М., Матвеев С.В., Молоствин Е.В., Решетникова Ю.Г., Смотрова Л.В. Высокоскоростная поступательная неравновесность смеси газов ваналитической модели ударной волны // Физико-химическая кинетика вгазовой динамике. 2016. Т. 17. № 1. http://chemphys.edu.ru/issuse/2016-17-1/articles/613/
  9. Кузнецов М.М., Кулешова Ю.Д., Смотрова Л.В., Решетникова Ю.Г. Омаксимуме эффекта высокоскоростной поступательной неравновесности вударной волне // Вестник МГОУ. Физика–математика. 2016. № 3. С. 84.
  10. Бочкарев А.А., РебровА.К., ТимошенкоН.И. Структураударнойволныв смеси Ar–He //Изв. СО АН СССР. 1976. Т. 3. Вып. 1. С. 76.
  11. Harnett L.M., Muntz E.P. Experimental Investigation of Normal Shock Wave Velocity Distribution Functions in Mixtures of Argon and Helium // Phys. Fluids. 1972. V. 15. P. 565.
  12. Gmurczyk A.S., Walenta Z.A. Experimental Investigation of Shock-wave Structure in Hydrogen–Xenon Mixture // Arch. Mech. 1981. V. 33. № 4. P. 501.
  13. Center В.E. Measurements of Shock-wave Structure in Helium–Argon Mixtures // Phys. Fluids. 1967. V. 10. № 8. P. 1777.
  14. Поддоскин А.Б., Юшканов А.А., Яламов Ю.И. О кинетических коэффициентах в граничной задаче скольжения многоатомного газа с вращательными степенями свободы // ТВТ. 2001. Т. 39. № 6. С. 977.
  15. Алексеев Б.В., Полев В.В. Расчет структуры ударной волны с помощью уравнений гидродинамики повышенной точности // ТВТ. 1990. Т. 28. № 3. С. 614.
  16. Рудяк В.Я. О выводе кинетического уравнения типа Энскога для плотного газа // ТВТ. 1985. Т. 23. № 2. С. 268.
  17. Руев А.Г., Федоров А.В., Фомин В.М. Особенности структуры ударной волны в смесях газов с сильно различающимися массами молекул // ПМТФ. 2002. Т. 43. № 4. С. 47.
  18. Никитченко Ю.А. Модельное кинетическое уравнение многоатомных газов // ЖВМиМФ. 2017. Т. 57. № 11. С. 1882.
  19. Никитченко Ю.А., Попов С.А., Сергеева Н.И. Система модельных кинетических уравнений для многокомпонентного газа // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 736.
  20. Никитченко Ю.А., Сергеева Н.И. Модельное кинетическое уравнение для смеси одно- и многоатомных газов // Вестник Гос. ун-та просвещения. Сер. Физика–математика. 2024. № 1. С. 56.
  21. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Е. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.591 с.
  22. Жданов, В.М., АлиевскийМ.Я. Процессы переноса и релаксации в молекулярных газах. М.: Наука, 1989. 336 с.
  23. Никитченко Ю.А. Модели неравновесных течений. М.: Изд-во МАИ, 2013. 160 с.
  24. Никитченко Ю.А. О целесообразности учета коэффициента объемной вязкости в задачах газовой динамики // Изв. РАН. МЖГ. 2018. №2. С. 128.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Профили плотности (а) и температуры (б) углекислого газа в ударной волне при M∞ = 2.05: сплошная линия – решение модельного кинетического уравнения, штриховая линия – решение системы моментных уравнений.

Скачать (25KB)
Метаданные
3. Рис.2.Профили плотности (а) и температуры (б) водорода в смеси H2–CO2 при содержании водорода 50%: сплошная линия – решение модельного кинетического уравнения, штриховая линия – решение системы моментных уравнений.

Скачать (28KB)
Метаданные
4. Рис.3. Смеха определения ширины профиля в ударной волне.

Скачать (11KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Ширина профилей скорости (1), плотности (2) и температуры (3) в ударной волне для водорода (а) и углекислого газа (б) в зависимости от их парциальных концентраций в смеси.

Скачать (34KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Профили скорости звука в смеси H2–CO2 и в чистых газах: 1 – 50% H2 + 50% CO2, 2 – 90% H2 + 10% CO2, 3 – 10% H2 + 90% CO2, 4 – 99% H2 + 1% CO2, 5 – 1% H2 + 99% CO2, 6 – 100% H2, 7 – 100% CO2.

Скачать (16KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Профили температуры чистого водорода и его смесей с углекислым газом: 1 – 50% H2 + 50% CO2, 2 – 90% H2 + 10% CO2, 3 – 10% H2 + 90% CO2, 4 – 99% H2 + 1% CO2, 5 – 1% H2 + 99% CO2, 6 – 100% H2, 7 – 100% CO2.

Скачать (18KB)
Метаданные
8. Рис.7. Зависимости относительной кажущейся массы молекул в смесях водорода и углекислого газа: 1 – 90% H2 + 10% CO2, 2 – 50% H2 + 50% CO2, 3 – 99% H2 + 1% CO2.

Скачать (17KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024