Численная интерпретация экспериментальных данных по спектральному излучению ударных волн в воздухе при скоростях 7 ÷ 8 км/с посредством eRC-модели


Просмотр статьи
PDF, 4,3 МБ

Numerical Interpretation of Experimental Data on the Spectral Radiation of Shock Waves in Air at Velocities of 7÷8 km/s using the eRC-model

Using the electron-radiative-collision model (eRC), calculations of the spectral emissivity of shock waves in air at velocities of 7÷8 km/s were performed under the conditions of shock-wave experiments [Cruden B. A., Brandis A. V. Measurement of Radiative Nonequilibrium for Air Shocks Between 7 and 9 km/s//JTHT. 2019]. A kinetic model of the population and depletion of electronically excited quantum states of diatomic mole-cules is presented. Satisfactory agreement between the obtained calculated and experi-mental data is shown. A formulation of current problems for the further development of eRC-models is given.

radiation-collision model, emissivity of electron-vibrational bands of diatomic molecules, experimental data on the spectral radiation of strong shock waves

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1154


Том 25, выпуск 7, 2024 год



С использованием электронно-радиационно-столкновительной модели (eRC) выпол-нены расчеты спектральной излучательной способности ударных волн в воздухе при скоростях 7 ÷ 8 км/с в условиях проведения ударно-волновых экспериментов [Cru-den B.A., Brandis A.V. Measurement of Radiative Nonequilibrium for Air Shocks Be-tween 7 and 9 km/s//JTHT. 2019]. Представлена кинетическая модель заселения и опустошения электронно-возбужденных квантовых состояний двухатомных моле-кул. Показано удовлетворительное совпадение полученных расчетных и экспери-ментальных. Дана формулировка актуальных задач дальнейшего развития eRC-моделей.

радиационно-столкновительная модель, излучательные способности электронно-колебательных полос двухатомных молекул, экспериментальные данные по спек-тральному излучению сильных ударных волн

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1154


Том 25, выпуск 7, 2024 год



1. Козлов П. В. Экспериментальное исследование радиационных свойств воздуха за фронтом ударной волны при скоростях до 10 км/с // Физико-химическая кинетика в газовой дина-мике. 2016. Т. 17, вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2016-17-1/articles/624/
2. Cruden B.A., Brandis A.V. Measurement of radiative nonequilibrium for Air Shocks Between 7 and 9 km/s // Journal Thermophysics and Heat Transfer. November 2019. https://doi.org/10.2514/1.T5735
3. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинами-ческих явлений. М.: Наука. 1966. 686 с.
4. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. М.: Изд-во «Наука» Глав. ред. Физ.-Мат. Литературы. 1965. 484 с.
5. Park C. Nonequilibrium Hypersonic Aerothermodynamics. Wiley-Inter-science Publication. J. Wiley & Sons. New York. 1990.
6. Агафонов В.П., Вертушкин В.К., Гладков А.А. и др. Неравновесные физико-химические процессы в аэродинамике. М.: Машиностроение. 1972. 344 с.
7. Keck C.K., Camm J.C., Kivel B. and Wentink T. Jr. Radiation from Hot Air Part II. Shock Tube Study of Absolute Intensities // Annals of Physics. 1959. Vol. 7. pp. 1-38.
8. Thomas G.M. and Menard W.A. Experimental Measurements of Nonequilibrium and Equilibri-um Radiation from Planetary Atmospheres // AIAA Journal. Vol. 4. No. 2. 1966. Pp. 227-237.
9. Wilson J. Ionization rate of air behind high-speed shock waves // Phys. Fluids. 1965.Vol. 9. No. 10
10. Железняк М.В., Мнацаканян А.Х., Якубов И.Т. Релаксация и неравновесное излучение за ударными волнами в воздухе// МЖГ. 1970. № 4. С. 161-174.
11. Gorelov V.A., Kildusheva L.A., Kireev A.Yu. Ionization Particularities Behind Intensive Shock Waves in Air at Velocities of 8÷15 km/s // AIAA Paper 94-2051. 1994. 11 p.
12. Лосев С.А., Макаров В.Н., Погосбекян М.Ю. Модель физико-химической кинетики за фронтом очень сильной ударной волны в воздухе // МЖГ. 1995. № 2. С. 169-182.
13. Залогин Г.Н., Козлов П.В., Кузнецова Л.А., Лосев С.А., Макаров В.Н., Романенко Ю.В., Суржиков С.Т. Излучение смеси СО2-N2-Ar в ударных волнах: эксперимент и теория // ЖТФ. 2001. Т. 46. № 6. С. 10-16.
14. Kuznetsova L.A., Surzhikov S.T. Spectral Radiation of Shock Waves and Radiative Models of Diatomic Molecules // AIAA Paper 97-2564. 1997. 10 p.
15. Суржиков С. Т. Применение квазистационарных eRC-моделей для расчета неравновесного излучения ударных волн при скорости порядка 10 км/с // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. Т. 23, вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-4/articles/1015/
16. Кусов А. Л., Козлов П. В., Быкова Н. Г., Забелинский И. Е., Герасимов Г. Я., Левашов В. Ю. Прямое статистическое моделирование излучения за фронтом ударной волны в кисло-роде // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. Т. 23, вып. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-3/articles/1000/
17. Суржиков С. Т. Введение в теорию eRC-моделей аэрофизики высоких скоростей. Общие понятия // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. Т. 22, вып. 6.
http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-6/articles/967/
18. Суржиков С. Т. Введение в теорию eRC-моделей аэрофизики высоких скоростей. Элек-тронная кинетика двухатомных молекул // Физико-химическая кинетика в газовой динами-ке. 2021. Т.22, вып. 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-6/articles/968/
19. Суржиков С. Т. Модель усредненной по вращательной структуре неравновесной излуча-тельной способности двухатомных молекул//Физико-химическая кинетика в газовой ди-намике. 2023. Т.24, вып. 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-6/articles/1078/
20. Surzhikov S.T. Radiative-Collisional Models of Non-Equilibrium Aerothermodynamics of Entry Probes // ASME J. of Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 134, issue 3. 11 p.
21. Park Ch. Review of Chemical-Kinetic Problems of Future NASA Missions, I: Earth Entries // JTHT. 1993. Vol. 7. No. 3. Pp. 385-398.
22. Физико-химические процессы в газовой динамике. Компьютеризованный справочник. В 3-х томах. Том I. Динамика физико-химических процессов в газе и плазме // Под ред. Г.Г. Черного и С.А. Лосева. – М.: Изд-во Моск. Ун-та. 1995. 350 c.
23. Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмер-ные модели. М.: Физматлит. 2018. 543 с.
24. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуаль-ных веществ. М.: Наука. 1978. 495 с.
25. Кузнецова Л.А., Суржиков С.Т. Информационно-вычислительный комплекс MSRT-RADEN. I. Основная модель коэффициентов поглощения // Математическое моделирова-ние. 1998. Т. 36. № 3. C. 15-26.
26. Кузнецова Л.А., Суржиков С.Т. Информационно-вычислительный комплекс MSRT-RADEN. 2. Модели коэффициентов поглощения // Математическое моделирование. 1998. Т.36. № 4. C. 30-40.
27. Кузнецова Л.А., Суржиков С.Т. Информационно-вычислительный комплекс MSRT-RADEN. 3. База данных // Математическое моделирование. 1998. Т. 36. № 5. C. 15-26.
28. Park C. Rate Parameters for Electronic Excitation of Diatomic Molecules I. Electron Impact Pro-cesses // AIAA Paper 2008-1206. 15 p.
29. Park C. Rate Parameters for Electronic Excitation of Diatomic Molecules: II Heavy Particle Im-pact Processes // AIAA Paper 2008-1446. 16 p.
30. Teulet P., Sarrette J.P., Gomes A.M. Calculation of Electron Impact Inelastic Cross Sections and Rate Coefficients for Diatomic Molecules. Application to Air Molecules // JQSRT. 1998. Vol. 62. P. 549.
31. Cartwright D.C. Rate Coefficients and Inelastic Momentum Transfer Cross-Sections for Elec-tronic Excitation of N2 by Electrons // J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49. №7. P. 3855.
32. Drawin H.W. Collision and Transport Cross Sections. Report EUR-CEA-FC 383. 1967.
33. Drawin H.W. Elementary Reactions and the Interpretation of Measurements of Chemically Re-acting Non LTE Plasmas // Pure & Appl. Chem. 1976. Vol. 48. Pp. 133-153.
34. Семиохин И.А. Элементарные процессы в низкотемпературной плазме. М.: Изд-во МГУ. 1988. 141 с.
35. Surzhikov S.T., Sharikov I., Capitelli M., Colonna G. Kinetic Models of Non-Equilibrium Radia-tion of Strong Air Shock Waves// AIAA 2006-0586. 2006. 11 p.
36. Gorelov V.A., Kireev A.Yu., Shilenkov S., Surzhikov S.T. Prediction of Nonequilibrium Ioniza-tion and Emission at Superorbital Flight in Air // AIAA Paper 04-2380. 2004. 11 p.
37. Биберман Л.М., Мнацаканян А.Х., Якубов И.Т. Ионизационная релаксация за сильными ударными волнами в газах // УФН. 1970. Т.102. Вып.3. С.431-462.