Relaxation model of bolides' spectral emissivity
Two-dimensional numerical simulation radiative gasdynamic model of physically and chemically nonequilibrium flow field around meteoroid entering Earth atmosphere is presented and integrated. Meteoroids of non-spherical form of 4 cm cross-section radius are considered for velocities diapason of 10÷40 km/s at altitude 70 km. Numerical simulation results for radiative signature of bolides (fireballs) corresponding to meteoroids entering into Earth atmosphere at hyperbolic velocities are presented and analyzed. Nonequilibrium effects of vibrational excitation of diatomic molecules N2, O2, and NO behind leading shock wave are considered and analyzed from the point of view of their influence on radiation signature. Calculations were performed for air with the use of multigroup spectral model taking into account most significant radiative mechanisms of absorption and emission.
Рассматривается двумерная радиационно-газодинамическая модель метеорного явления при входе осе-симметричного твердого тела с диаметром поперечного сечения 4 см в плотные слои атмосферы Земли на высоте 70 км со скоростью 10÷40 км/с. Модель основана на численном интегрировании двумерных уравнений движения вязкого, теплопроводного, физически и химически неравновесного излучающего газа в осесимметричной постановке. Представлены результаты численного моделирования обтекания метеороида и спектральной излучательной способности нагретого за ударной волной и в следе воздуха. Особое внимание уделяется рассмотрению неравновесных релаксационных процессов колебательного возбуждения двухатомных молекул N2, O2 и NO и связанному с этими процессами особенностями неравновесного излучения из возмущенной течением области. Дается трактовка наблюдательного факта отсутствия в спектрах излучения метеоров спектральных линий многократно ионизованных атомов воздуха.
1. Суржиков С.Т. Двумерная радиационно-газодинами-
ческая модель аэрофизики спускаемых космических
аппаратов. В кн.: Актуальные проблемы механики.
Механика жидкости, газа и плазмы. М.: Наука, 2008. С.
20.
2. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. М.:
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. 543 с.
3. Суржиков С.Т. Анализ моделей ионизационной кинетики
при гиперзвуковом обтекании цилиндра// Журнал хими-
ческой физики. 2010. Т.29. №7. С.1-14.
4. Surzhikov S.T. Application of quantum mechanic and quasiclassical
models of elementary processes in high-temperature
gases for computational models of entry probes aerophysics.
7th Symp. on Aerothermodynamics (in CD). 2011.
5. Смирнов В.А. Спектры кратковременных атмосферных
световых явлений. Метеоры. М.: Издательская фирма
«Физико-математическая литература». 1994. 204 с.
6. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. М.: Наука.
1981. 416 с.
7. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодина-
мические свойства индивидуальных веществ. М.: Наука,
1978. 495 с.
8. Староверова И.В., Суржиков С.Т. Анализ некоторых
кинетических моделей, используемых в аэрофизике. –
М.: ИПмех РАН. Препринт №975. 50 с.
9. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.:
Изд-во «Химия», 1974. 687 с.
10. Гинзбург И.П. Трение и теплопередача при движении
смеси газов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. 278 с.
11. Svehla R.A. Estimated Viscosities and Thermal Conductivities
of Gases at High Temperatures// NASA TR-R-132, 1962,
26 P.
12. Wilke C.R. Chem. Engn. Progr., Vol.46, 1950, Pp. 95−104.
13. Гиршфельдер Дж., Кертис Ч. и Берд Р. Молекулярная
теория газов и жидкостей. М.: Изд-во иностранной
литературы, 1961, 929 с.
14. Анфимов Н.А. Ламинарный пограничный слой в много-
компонентной смеси газов // Изв. АН СССР. Механика и
машиностроение. 1962. № 1. С.25.
15. Capitelli M., Gorse C., Longo S., Giordano D., “Collision
Integrals of High-Temperature Air Species,” Journal of
Thermophysics and Heat Transfer, Vol.14, No. 2, 2000,
Pp.259−268.
16. Levin E., Wright M.J., “Collision Integrals for Ion-Neutral
Interactions of Nitrogen and Oxygen,” Journal of Thermophysics
and Heat Transfer, Vol.18, No.1, 2004, Pp. 143−147.
17. Овсянников В.М., Тирский Г.А. Разрушение осесиммет-
ричного тела вращения из материала сложного химичес-
кого состава в потоке частично ионизованного воздуха//
МЖГ, 1968, № 5, С. 100−110.
18. Пэн Цзай-чэн, Пиндрох А.Л. Уточненный расчет свойств
воздуха при высоких температурах. Вопросы ракетной
техники, 1962, № 12.
19. Edwards J.R., Liou M.-S., “Low-Diffusion Flux-Splitting
Methods for Flow at all Speeds,” AIAA Journal, Vol.36,
No.9, 1998, Pp.1610−1617.
20. Суржиков С.Т. Оптические свойства газов и плазмы. М.:
Изд-во МГТУ. 2004. 575 с.
21. Shang, J., Kimmel, R.L., Menart, J., Surzhikov, S.T. Hypersonic
Flow Control Using Surface Plasma Actuator. Journal
of Propulsion and Power. 2008. Vol.24. No.5. Pp.923−934.
22. Surzhikov, S.T. Radiative-convective heat transfer of a
spherically shaped space vehicle in carbon dioxide. High
Temperature. 2011. Vol.49. No.1. Pp.92−107.
23. Суржиков С.Т. Расчет обтекания модели космического
аппарата MSRO с использованием кодов NERAT-2D и
NERAT-3D// Физико-химическая кинетика в газовой ди-
намике. 2010. T.9.
http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-003.pdf
24. Суржиков С.Т. Трехмерная вычислительная модель аэ-
ротермодинамики спускаемых космических аппаратов//
Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010.
T.9. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-002.pdf
25. Surzhikov, S.T., Howell, J.R. Monte-Carlo simulation of
radiation in scattering volumes with line structure. Journal of
Thermophysics and Heat Transfer. 1998. Vol.12. No. 2.
Pp. 278−281.
