Non-equilibrium flows of the 5-component air mixture N2/O2/NO/N/O in nozzles are studied taking into account dissociation, recombination and exchange reactions. In the frame of the onetemperature description, variation of the gas temperature, velocity and air composition along a nozzle axis is studied numerically for different conditions in a reservoir. The influence of models for reaction rate coefficients and a nozzle profile on gas flow parameters is shown as well as the role of exchange reactions and recombination. The gas temperature and velocity calculated for 5-component air mixture are compared with ones found for binary mixtures N2/N and O2/O.
nozzle flows, chemical kinetics, dissociation, recombination, exchange reactions
Исследуются течения пятикомпонентного воздуха N2/O2/NO/N/O в соплах с учетом неравновесных химических реакций диссоциации, рекомбинации, обмена атомами при возбуждении колебательных степеней свободы молекул. На основе однотемпературного описания численно изучено изменение состава смеси, температуры и скорости вдоль оси сопла при разных условиях в форкамере. Показано влияние моделей скорости химических реакций, реакций рекомбинации и обмена и формы сопла на параметры течения. Представлено сравнение температуры и скорости в потоках пятикомпонентного воздуха и бинарных смесей N2/N и O2/O.
течения в соплах, химическая кинетика, диссоциация, рекомбинация, обменные реакции
1. Shizgal B.D., Lordet. F. Vibrational nonequilibrium in a supersonic expansion with reactions. Application to O2 /O // Chem. Phys. 1996. Vol. 104, №. 10. P. 3579-3597. 2. Capitelli M., Colonna G., Giordano D., Kustova E.V., Nagnibeda E.A., Tuttafesta M. The influence of state-to-state kinetics on transport properties in a nozzle flow // Мат. моделирование. 1999. Т. 11. № 3. С. 45-59. 3. Kustova E.V., Nagnibeda E.A., Alexandrova T.Yu. et al. On the non-equilibrium kinetics and heat transfer in nozzle flows // Chem. Phys. 2002. Vol. 276. № 2. P. 139-154. 4. Colonna G. et al. Non-Arrhenius NO formation rate in one-dimensional nozzle airflow //Journal of thermophysics and heat transfer. – 1999. – Т. 13. – №. 3. – С. 372-375. 5. Bazilevich S.S, Sinitsyn K.A., Nagnibeda E.A. Non-equilibrium Flows of Reacting Air Components in Nozzles // AIP Conference Proceedings, 2009. Vol. 1084, № 1. P. 843-848. 6. Colonna G., Tuttafesta M., Giordano D. Numerical methods to solve Euler equations in one-dimensional steady nozzle flow // Computer physics communications. 2001. Vl dissool. 138. –№. 3. P. 213-221. 7. Colonna G., Pietanza L. D., Capitelli M. Macroscopic kinetic model for air in nozzle flow //28th International Symposium On Rarefied Gas Dynamics 2012. – AIP Publishing, 2012. – Т. 1501. – №. 1. – С. 1071-1077. 8. В.П. Агафонов, В.К. Вертушкин, А.А. Гладков, О.Ю. Полянский. Неравновесные физико-химические процессы в аэродинамике / Под ред. Г.И. Майкапара. М.: Машиностроение, 1972. 344с. 9. Нагнибеда Е.А., Кустова Е.В. Кинетическая теория процессов переноса и релаксации в по-токах неравновесных реагирующих газов / СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 2003, 270 с. 10. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: ИЛ, 1949. 403 с. 11. Физико-химические процессы в газовой динамике / под ред. Черного Г.Г. и Лосева С.А. / М.: Изд-во МГУ 1995. T. 1., 2002. T. 2. 12. International Workshop on Radiation of High Temperature Gases in Atmospheric Entry. Part II // 30 Sep. - 10 Oct.2004. Porquerolles, France. 13. Scanlon T.J. et al. Open souce DSMC chemistry modelling for hypersonic flows. // AIAA Journal. 2014. 14. Capitelli, M., Ferreira, C. M., Gordiets, B. F., Osipov, A. I. Plasma kinetics in atmospheric gases. // Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000. Vol. 31. p. 302. 15. А.Е. Мудров. Численные методы для ПЭВМ на языках бейсик, фортран и паскаль. Томск МПРАСКО, 1991. с. 272.
