Calculation of Gas Dynamics and Radiation of High-Altitude Jets
A method for calculating high-altitude jets exhausting into a rarefied gas has been developed. This method is based on the use of quasi-gas-dynamic (QGD) equations. The solution of quasi-gasdynamic equations requires the use of significantly smaller computer resources as compared with the methods of direct numerical simulation.The equations of the continuity of gas mixture components and the equations for vibrational energies transfer in the quasi-gas-dynamic formulation were obtained from the Boltzmann equation. It was shown that when calculating with the use of QGD, the radiation intensity is significantly lower than when calculating the standard system of Navier-Stokes equations (NS). This is due to the decrease in temperature (translational, rotational and vibrational) in the mixing layer.
Разработан метод расчета высотных струй, истекающих в разреженный газ. Метод основан на использовании квазигазодинамических (КГД) уравнений. Решение КГД требует использования существенно меньших компьютерных ресурсов по сравнению с методами прямого численного моделирования. Из уравнения Больцмана получены уравнения неразрывности компонентов газовой смеси и уравнения переноса колебательных энергий в квазигазодинамической постановке. Показано, что при расчете с использованием КГД уравнений интенсивность излучения существенно ниже, чем при расчете на основе стандартной системы уравнений Навье-Стокса (НС). Это обусловлено снижением температур (поступательной, вращательной и колебательных) в слое смешения.
1. Bird, G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows / G.A. Bird. – Oxford, Clarendon press, 1994. – 458 p. 2. Зея Мьо Мьинт. Построение метода Монте-Карло для решения задач высотной аэродинамики / Зея Мьо Мьинт, А.Ю. Хлопков, Чжо Зин. // ТРУДЫ МФТИ. – 2014. – Том 6. – № 1. – С. 92‒100. 3. Gimelshein, S.F., Levin D.A., and Alexeenko A.A., Modeling of Chemically Reacting Flows from a Side Jet at High Altitudes / S.F. Gimelshein, D.A. Levin., and Alexeenko A.A. // Journal of Spacecraft and Rockets. – 2004. – Vol. 41. – No. 4. – Pp. 582‒591. 4. Елизарова, Т.Г. Теоретическое и численное исследование квазигазодинамических и квазигидродинамических уравнений / Т.Г. Елизарова, Ю.В. Шеретов // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 2001. – Том 41. – № 2. – С. 239‒255. 5. Елизарова, Т.Г. Квазигазодинамические уравнения и методы расчета вязких течений / Т.Г. Елизарова. - М.: Научный Мир, 2007. – 350 с. 6. Молчанов, А.М. Расчет теплового излучения колебательно неравновесного газа методом k-распределения / Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2015. – Т. 16. – Вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-1/articles/317/ 7. Molchanov, A.M. Numerical Simulation of Supersonic Chemically Reacting Turbulent Jets / A.M. Molchanov // AIAA Paper 2011-3211. – 2011. – 37 p. 8. Молчанов, А.М. Эффективный численный метод расчета химически неравновесных течений / А.М. Молчанов // Фундаментальные исследования. – 2018. – № 2. – С. 28‒33. 9. Alsmeyer, H. Density Profiles in Argon and Nitrogen Shock Waves Measured by the Absorption of an Electron Beam / H. Alsmeyer // Journal of Fluid Mechanics. – 1976. – Vol. 74. – Pp. 497‒513. 10. Weaver D. P. Comparison of Burnett, Super-Burnett, and Monte Carlo Solutions for Hypersonic Shock Structure / D. P. Weaver, D. H. Campbell, E. P. Muntz // Rarefied Gas Dynamics: Theoretical and Computational Techniques, Progress in Astronautics and Aeronautics. – 1989. – Pp. 374‒395. 11. Vitkin E.I.A Physico-Mathematical Model of Rocket Exhaust Plumes / E.I. Vitkin, V.G. Karelin, A.A Kirillov, A.S. Suprun, Ju.V. Khadyka // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1997. – Vol.40. – No 5. – Pp. 1227‒1241. 12. Молчанов, А.М. Узкополосная база данных для расчета излучения продуктов сгорания с использованием k-распределения / А.М. Молчанов, П.В. Никитин // Тепловые процессы в технике. – 2014. – №10. –С. 448‒455.
