ASYMPTOTIC HIGH-SPEED OVERSHOOT EFFECT VALUE IN A SHOCK-COMPRESSED GAS MIXTURE
https://doi.org/10.18384/2310-7251-2021-3-39-56
Abstract
Aim. We have found asymptotically exact values for the distribution function of pairs of molecules in a shock-compressed, binary mixture of gases with a strong difference in the concentrations and molecular weights of its components. Methodology. The research relies on the mathematical methods of theoretical physics related to the calculation of the threshold frequency of collisions based on the kinetic Boltzmann equation. Results. Asymptotically exact analytical expressions are found for the distribution functions of pairs of molecules by the absolute values of their relative velocities. The maxima of these functions are also determined in pairs: light-light, light-heavy and heavy-heavy components. These maxima correspond to the greatest intensities of the effects of high-speed overshoot in the components of the shock-compressed gas mixture. Research implication. The effect of high-speed overshoot in the components of a shock-compressed gas mixture is realized by experimentally modeling it in shock pipes (for example, in the processes of pyrolysis of carbon and carbon-hydrogen compounds). The results obtained in this work are essential for the optimal performance of such experiments.
About the Authors
M. M. Kuznetsov
Moscow State Region University
Russian Federation
Russian Federation
Y. D. Kuleshova
Moscow State Region University
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Асимптотическое приближение для функции распределения пар молекул в ударной волне / Демидов И. В., Кузнецов М. М., Кузьмин М. К., Кулешова Ю. Д. // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-Математика. 2020. № 4. С. 86-94. DOI: 10.18384/2310-7251-2020-4-86-94.
2. Тамм И. Е. О ширине ударных волн большой интенсивности // Труды Физического института им. П. Н. Лебедева. 1965. Т. XXIX. С. 239-249.
3. Mott-Smith H. M. The Solution of the Boltzmann Equation for a Shock Wave // Physical Review. 1951. Vol. 82. P. 885. DOI: 10.1103/PhysRev.82.885.
4. Башлыков А. М., Великодный В. Ю. Структура ударных волн в газовой смеси // Журнал технической физики. 1991. Т. 61. № 8. С. 33-42.
5. Candler G. V., Nijhawan S., Bose D. A multiple translational temperature gas dynamics model // Physics of Fluids. 1994. Vol. 6. No. 11. P. 3776-3786. DOI: 10.1063/1.868367.
6. Riesco-Chueca P., Fernandez-Feria R., Fernandez de la Mora J. Nonlinearities in the interspecies transfer of moment and energy for disparate-mass gas mixtures and shock wave structure // Proceedings of the 15-th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics (June 16-20, 1986, Grado, Italy). Vol. 1 / edited by V. Boffi, C. Cercignani. Stuttgart: B. G. Teubner, 1986. P. 283-292.
7. Holway L. H., Jr. Kinetic Theory of Shock structure using an ellipsoidal distribution function // Rarefied Gas Dynamics: Proceedings of the Fourth International Symposium. Vol. 1 / ed. by J. H. de Leeuw. New York: Academic Press, 1965. P. 193-215.
8. Кузнецов М. М., Кулешова Ю. Д., Смотрова Л. В. Эффект высокоскоростной поступательной неравновесности в бимодальной ударной волне // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2012. № 2. С. 108-116.
9. Kuznetsov M. M., Kuleshova Yu. D. Increase in rates of Kinetic Prosesses inside the Bimodal Hypersonic Shock Wave // Heat Transfer Research. 2012. Vol. 43. Iss. 3. P. 228-236. DOI: 10.1615/HeatTransRes.v43.i3.30.
10. Кузнецов М. М., Смотрова Л. В. Аналитические свойства эффекта высокоскоростной поступательной неравновесности // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2013. № 3. С. 66-73.
11. Analytical models of high velocity non-equilibrium of polyatomic gas mixtures / Kuznetsov M. M., Kuleshova Yu. D., Reshetnikova Yu. G., Smotrova L. V. // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 1959. Iss. 1. P. 060011. DOI: 10.1063/1.5034672.
12. 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.
13. Генич А. П., Куликов С. В., Манелис Г. Б., Черешнев С. Л. Поступательная релаксация в ударных волнах в газах / Препринт. Черноголовка: ОИХФ АНСССР, 1991. 68 с.
14. Осипов А. И. Релаксационные процессы в газах. I. Неравновесное распределение энергии по поступательным степеням свободы // Физика горения и взрыва. 1966. № 4. С. 42-61.
15. Bird G. A. Shock wave structure in gas mixtures // Rarefied Gas Dynamics: Proccefings of 14-th International Symposium. Vol. 1 / ed. H. Oguchi. Tokio: University of Tokio Press, 1984. P. 175-182.
16. 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.
17. Куликов С. В., Терновая О. Н., Черешнев С. Л. Специфика эволюции распределения молекул однокомпонентного газа по относительным скоростям во фронте УВ // Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30. № 4. С. 140-144.
18. Додулад О. И., Клосс Ю. Ю., Черемисин Ф. Г. Расчеты структуры ударной волны в смеси газов на основе решения уравнения Больцмана // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. Т. 14. Вып. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2013-07-08-001.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
19. Зельдович Я. Б., Генич А. П., Манелис Г. Б. Особенности поступательной релаксации во фронте ударной волны в газовых смесях // Доклады Академии наук СССР. 1979. Т. 248. № 2. С. 349-351.
Review
Views:
105
Email this article 