Модельное кинетическое уравнение для смеси одно- и многоатомных газов
https://doi.org/10.18384/2949-5067-2024-1-56-67
Аннотация
Целью данной работы являлось построение физико-математической модели течений смесей многоатомных газов в виде модельного кинетического уравнения.
Процедура и методы. В работе использованы методы молекулярно-кинетической теории газов, ориентированные на нахождение поступательных и вращательных энергий компонентов смеси газа. Для реализации разработанной модели применялись методики численного решения интегрально-дифференциальных уравнений.
Результаты. Проведено тестирование модели на примере ударной волны для смеси азота и кислорода. Показано удовлетворительное соответствие с результатами других авторов, полученных методами прямого статистического моделирования.
Теоретическая и практическая значимость. Разработанная модель позволяет описывать высоконеравновесные процессы в смесях газов. К таким процессам, в частности, относится взаимодействие газа с активными поверхностями.
Ключевые слова
Об авторах
Ю. А. НикитченкоРоссия
Никитченко Юрий Алексеевич – доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Аэродинамика, динамика и управление летательных аппаратов»
125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
Н. И. Сергеева
Россия
Сергеева Наталья Ивановна – аспирант кафедры «Аэродинамика, динамика и управление летательных аппаратов»
125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
Список литературы
1. Analytical theory of high-speed nonequilibrium in a binary mixture of gases with a predominant light component / Demidov I. V., Kuznetsov M. M., Kuleshova Y. D., Tikhonovets A. V. // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2056, International Conference “Advanced Element Base of Micro- and Nano-Electronics with Using of ToDate Achievements of Theoretical Physics” (MRSU, 20-23 April 2021, Moscow, Russia). Article number 012008. DOI: 10.1088/1742-6596/2056/1/012008.
2. Условия возникновения и величина эффекта высокоскоростного перехлёста в ударно-сжатой смеси газов / Кузнецов М. М., Кулешова Ю. Д., Решетникова Ю. Г., Смотрова Л. В. // Труды МАИ (сетевое научное издание). 2017. № 95. URL: https://mai.ru/upload/iblock/96c/Kuznetsov_Kuleshova_Reshetnikova_Smotrova_rus.pdf (дата обращения: 10.10.2023).
3. Распределение молекулярных скоростей во фронте ударной волны в газовых смесях / Генич А. П., Куликов С. В., Манелис Г. Б., Черешнев С. Л. // Известия Академии наук СССР. Механика жидкости и газа. 1990. № 2. С. 144–150.
4. Куликов С. В., Терновая О. Н., Черешнев С. Л. Специфика поступательной неравновесности во фронте ударной волны в однокомпонентном газе // Химическая физика. 1993. Т. 12. № 3. С. 340–342.
5. Высокоскоростная поступательная неравновесность смеси газов в аналитической модели ударной волны / Кузнецов М. М., Матвеев С. В., Молоствин Е. В., Решетникова Ю. Г., Смотрова Л. В // Физико-химическая кинетика в газовой динамике (электронное издание). 2016. Т. 17. № 1. URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2016-17-1/articles/613/ (дата обращения: 10.10.2023).
6. О максимуме эффекта высокоскоростной поступательной неравновесности в ударной волне / Кузнецов М. М., Кулешова Ю. Д., Смотрова Л. В., Решетникова Ю. Г. // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2016. № 3. С. 84–95. DOI: 10.18384/2310- 7251-2016-3-84-95.
7. Куликов С. В. Поступательная неравновесность трехкомпонентного газа во фронте ударной волны// Известия Российской Академии наук. Механика жидкости и газа. 1997. № 4. С. 171–178.
8. Raines A. A. Study of a shock wave structure in gas mixtures on the basis of the Boltzmann equation // European Journal of Mechanics – B/Fluids. 2002. Vol. 21. Iss. 5. P. 599–610. DOI: 10.1016/S0997-7546(02)01197-4.
9. Sabouri M., Darbandi M. Numerical study of species separation in rarefied gas mixture flow through micronozzles using DSMC // Physics of Fluids. 2019. Vol. 31. Iss. 4. P. 042004. DOI: 10.1063/1.5083807.
10. Oguchi H. A kinetic model for a binary mixture and its application to a shock structure // Rarefied Gas Dynamics. Vol. 1 / ed. C. L. Brundin. New York – London: Academic Press, 1967. P. 745–758.
11. Abe K., Oguchi H. Shock wave structure in binary gas mixture // Rarefied Gas Dynamics. Vol. 6 / eds. L. Trilling and H. Y. Wachman. New York – London: Academic Press, 1969. P. 425–429.
12. Todorova B. N., Steijl R. Derivation and numerical comparison of Shakhov and ellipsoidal statistical kinetic models for a monoatomic gas mixture // European Journal of Mechanics – B/Fluids. 2019. Vol. 76. P. 390–402 DOI: 10.1016/j.euromechflu.2019.04.001.
13. Lorenzani S. A microchannel flow application of a linearized kinetic Bhatnagar-GrossKrook-type model for inert gas mixtures with general intermolecular forces // Physics of Fluids. 2019. Vol. 31. Iss. 7. P. 072001. DOI: 10.1063/1.5098013.
14. Todorova B. N., White C., Steijl R. Modeling of nitrogen and oxygen gas mixture with a novel diatomic kinetic model // AIP Advances. 2020. Vol. 10. Iss. 9. P. 095218. DOI: 10.1063/5.0021672.
15. Harnett L. M., Muntz E. P. Experimental investigation of normal shock wave velocity distribution functions in mixtures of Argon and Helium // Physics of Fluids. 1972. Vol. 15. Iss. 4. P. 565–572. DOI: 10.1063/1.1693949.
16. Center R. E. Measurements of shock-wave structure in helium-argon mixtures // Physics of Fluids. 1967. Vol. 10. Iss. 8. P. 1777–1784. DOI: 10.1063/1.1762357.
17. Бочкарев А. А., Ребров А. К., Тимошенко Н. И. Структура ударной волны в смеси Ar‒ He // Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия технических наук. 1976. № 3. Вып. 1. С. 76–80.
18. Kosuge S., Kuo H.-W., Aoki K. A kinetic model for a polyatomic gas with temperaturedependent specific heats and its application to shock-wave structure // Journal of Statistical Physics. 2019. Vol. 177. P. 209–251. DOI: 10.1007/s10955-019-02366-5.
19. Kinetic models for thermodynamic non-equilibrium effects of polyatomic gases and preliminary application in gas-kinetic unified algorithm / Wu J., Peng A., Li Z., Jiang X. // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2132. Iss. 1. P. 060006. DOI: 10.1063/1.5119546.
20. Рыков В. А. Модельное кинетическое уравнение для газа с вращательными степенями свободы // Известия Академии наук СССР. Механика жидкости и газа. 1975. № 6. С. 107–115.
21. Никитченко Ю. А. Модельное кинетическое уравнение многоатомных газов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2017. Т. 57. № 11. С. 1882–1894. DOI: 10.7868/S0044466917110114.
22. Никитченко Ю. А., Попов С. А., Сергеева Н. И. Система модельных кинетических уравнений для многокомпонентного газа // Теплофизика высоких температур. 2023. Т. 61. № 5. С. 736–743. DOI: 10.31857/S0040364423050113.
Дополнительные файлы
![]() |
1. Неозаглавлен | |
Тема | ||
Тип | Прочее | |
Скачать
(B)
|
Метаданные ▾ |