О возможности моделирования диссоциации кислорода в ударной волне в рамках классических моделей метода прямого статистического моделирования Монте-Карло


Просмотр статьи
PDF, 532,4 КБ

On the possibility of the oxygen dissociation modeling in the shock wave using classical models of the direct simulation Monte Carlo method

On the basis of direct simulation Monte-Carlo method (DSMC) the pure oxygen dissociation problem in the shock tube is under the consideration. DSMC method constructed on the classic models allows gain a good agreement with experimental shock tube data. Some improvements of classic algorithms were proposed. Parameters of models were chosen to model the oxygen dissociation.

direct simulation Monte Carlo method, DSMC, rarefied gases, nonequilibrium shock wave


Том 17, выпуск 1, 2016 год



На основе метода прямого статистического моделирования (ПСМ) рассмотрена задача o диссоциации чистого кислорода в ударной трубе. Метод ПСМ, построенный с исполь-зованием классических моделей позволил получить хорошее совпадение с эксперимен-тальными значениями. Предложены некоторые усовершенствования классических алго-ритмов. Подобраны параметры в используемых моделях для моделирования диссоциации кислорода.

метод прямого статистического моделирования Монте-Карло, разреженные газы, неравновесная ударная волна


Том 17, выпуск 1, 2016 год



1. Лунев В. В. Течение реальных газов с большими скоростями. М.: Физматлит, 2007, 760с.
2. Кирютин Б.А., Тирский Г.А. Граничные условия скольжения на каталитической поверхности в многокомпонентном потоке газа // Изв. АН СССР. МЖГ. 1996. №1. С. 159-168.
3. Ковалёв В.Л. Гетерогенные каталитические процессы в аэротермодинамике. M.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, 224с.
4. Кусов А.Л., Лунев В.В. О нестационарном разлёте разреженного газа при испарении конден-сированного материала с его перегретой поверхности. Изв. РАН. МЖГ. 2012, №4, С.130-144.
5. Кусов А.Л. Численное моделирование обтекания цилиндра со сферическим носком методом прямого статистического моделирования Монте-Карло // Математическое моделирование, 2015, Т. 27, №12, с. 33-47.
6. Wysong I., Gimelshein S., Bondar Y., Ivanov M. Comparison of direct simulation Monte Carlo chemistry and vibrational models applied to oxygen shock measurements // Physics of Fluids, 2014, Vol. 26, 15p.
7. Ibraguimova L.B., Shatalov O.P., Tunik Yu.V. Equilibrium and non-equilibrium rate constants of oxygen dissociation at high temperatures // 28th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, 2012, pp. 1094-1101.
8. Ибрагимова Л.Б., Левашов В.Ю., Сергиевская А.Л., Шаталов О.П. Моделирование колеба-тельно диссоциационной кинетики кислорода при температурах 4000–11000 К. Изв. РАН. МЖГ. 2014, №1, С.131-140.
9. Н.Г. Быкова, И.Е. Забелинский, Л.Б. Ибрагимова, А.Л. Сергиевская, Ю. В. Туник, О.П. Шата-лов Исследование колебательной релаксации и термически неравновесной диссоциации мо-лекул О2 за фронтом ударной волны // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. Т.14, вып.2. 8с. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-2/articles/383/
10. L.B. Ibraguimova, A.L. Sergievskaya, V.Yu. Levashov, O.P. Shatalov, Yu.V. Tunik, I.E. Zabelinskii Investigation of oxygen dissociation and vibrational relaxation at temperatures 4000–10 800 K // Journal of Chemical Physics, 2013, Vol. 139, №3, pp. 034317-1-034317-10.
11. Ибрагимова Л.Б., Сергиевская А.Л., Шаталов О.П. Константы скорости диссоциации кислоро-да при температурах до 11000 К. Изв. РАН. МЖГ. 2013, №4, С.148-154.
12. Bondar Ye.A., Shevyrin A.A., Chen Y.S., Shumakova A.N., Kashkovsky A.V., Ivanov M.S. Direct Monte Carlo simulation of high-temperature chemical reactions in air // Thermophysics and Aeromechanics, 2013, Vol. 20, №. 5, рр. 553-564.
13. Кусов А.Л., Лунев В.В. Применение метода прямого статистического моделирования Монте-Карло при решении задачи о нестационарном разлёте разреженного газа в случае его испаре-ния с перегретой поверхности материала в вакуум // Космонавтика и ракетостроение, 2010, №1(58), c. 36-45.
14. Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows. Clarendon Press, Oxford, 1994, 458p.
15. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. - M.: Наука, 1973, 312с.
16. Burt J.M., Josyula E., Boyd I.D. Novel Cartesian implementation of the direct simulation Monte Carlo method // Journal of thermophysics and heat transfer, 2012, Vol. 26, № 2. pp. 258-270.
17. Koura K. Null-collision Technique in the Direct Simulation Monte-Carlo Technique // The Physics of Fluids, 1986, Vol. 29, pp. 3509-3511.
18. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей, Изд-во ино-странной литературы, 1961, 930с.
19. Физико-химические процессы в газовой динамике. Компьютеризированный справочник в 3-х томах. Том I: Динамика физико-химических процессов в газе и плазме // Под. ред. Чёрного Г.Г. и Лосева С.А. М.: Изд. Моск. ун-та, 1995, 350с.
20. Wright M.J., Bose D., Palmer G.E., Levin E. Recommended Collision Integrals for Transport Property Computations, Part 1: Air Species // AIAA Journal, vol. 43, No. 12, 2005, pp. 2558-2564.
21. Wright M.J., Hwang H.H, Schwenke D.W. Recommended Collision Integrals for Transport Property Computations Part 2: Mars and Venus Entries // AIAA Journal, vol. 45, No. 1, 2007, pp. 281-288.
22. Parker J.G. Rotational and vibrational relaxation in diatomic gases // Physics of Fluids, Vol. 2, No 4, 1959, pp. 449-462.
23. Boyd I.D. Rotational and vibrational nonequilibrium effects in rarefied hypersonic flow // J. Thermophysics, 1990, Vol. 4, № 4. pp. 478-484.
24. Boyd I.D. Rotational-translational energy transfer in rarefied nonequilibrium flows // Physics of Fluids A, Vol. 2, No 3, 1990, pp. 447-452.
25. Gimelshein S.F., Boyd I.D., Ivanov M.S. Modeling of Internal Energy Transfer in Plume Flows of Polyatomic Molecules by the DSMC Method. AIAA 99-0738. 37th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit January 11-14, 1999, Reno, NV. pp. 1-9.
26. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. M.: Наука, 1965, 484с.
27. Богданов А.В., Дубровский Г.В., Осипов А.И., Стрельченя В.М. Вращательная релаксация в газах и плазме. M.: Энергоатомиздат, 1991, 216с.
28. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамиче-ских явлений. M.: Наука, 1973, 312с.
29. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. 3-е изд. перераб. и доп. Долгопрудный: Издательский дом “Интеллект”, 2009, 736с.
30. Esposito F., Armenise I, Capitta G, Capitelli M. O–O2 state-to-state vibrational relaxation and dissociation rates based on quasiclassical calculations // Journal of Chemical Physics, 2008, Vol. 351, pp. 91–98.
31. Camac M., Vaughan A. O2 dissociation rates in O2-Ar mixtures // Journal of Chemical Physics, 1961, Vol. 34, N2, pp. 460–470.