Колебательная и химическая кинетика в многотемпературных потоках воздуха за ударными волнами

Представлены результаты численного моделирования течений пятикомпонентного воздуха за ударными волнами в условиях химической и колебательной неравновесности. Разработан многотемпературный подход к исследованию течений ударно нагретого пятикомпонентного воздуха, позволяющий перейти от детального поуровневого описания к уравнениям для меньшего числа макропараметров. Особенностью предложенного подхода является сочетание упрощенных многотемпературных моделей и строгого поуровневого описания при вычислении коэффициентов скорости реакций; предложенный подход использован для решения задачи о течении ударно нагретого воздуха в релаксационной зоне за ударными волнами. Исследованы осредненные по неравновесным колебательным распределениям коэффициенты скорости обменных реакций Зельдовича при разных отклонениях от равновесия. Введены уровневые и двухтемпературные факторы неравновесности для реакций обмена. Представлены результаты расчетов неравновесных факторов и коэффициентов скорости реакций в разных температурных условиях. Предложены четырех- и трехтемпературные модели течений воздуха за ударными волнами, основанные на распределениях Тринора, Гордиеца, Больцмана, учитывающие сильные, умеренные и слабые отклонения от равновесия. Выведены новые условия газодинамической совместности на фронте ударной волны, учитывающие быстрые неравновесные процессы внутри ударного фронта. Показано влияние неравновесных колебательных распределений, моделей переходов энергии, диссоциации и реакций обмена, колебательных спектров молекул, а также условий в набегающем потоке на изменения макропараметров воздуха за фронтом ударной волны. Предложено использовать распределение Тринора при моделировании процессов колебательной и химической релаксации за ударными волнами, возникающими в равновесном набегающем потоке. Исследован эффект влияния колебательного возбуждения молекул набегающего потока на характер изменения параметров воздуха в релаксационной зоне.