Особенности формирования ударных волн в газовой смеси в зависимости от концентрации ее компонентов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

На основе модельного кинетического уравнения для смеси газов и его системы моментных уравнений рассмотрена задача о профиле плоской ударной волны в смеси одно- и многоатомных газов. Проведены серийные расчеты для ударных волн в смесях Ar–He и H 2 –CO 2 в интервале парциальных концентраций от 0.01 до 0.99. Показано, что наиболее узкие профили плотности, скорости и температуры возникают в смеси с малой концентрацией одного из компонентов. Также показано, что решения кинетического и моментного уравнений достаточно близки, при этом вязкие члены моментных уравнений слабо влияют на форму профиля компонента, если концентрация этого компонента мала. Получены и проанализированы немонотонные профили скорости звука.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. А. Никитченко

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Author for correspondence.
Email: nikitchenko7@yandex.ru
Russian Federation, г. Москва

Н. И. Сергеева

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: natasg@outlook.com
Russian Federation, г. Москва

References

  1. Струминский В.В. Влияние диффузионной скорости на течение газовой смеси // ПММ. 1974. Т. 38. № 2. С. 203.
  2. Струминский В.В., Шавалиев М.Ш. Явления переноса в многоскоростных и многотемпературных смесях газов // ПММ. 1986. Т. 50. № 1. С. 83.
  3. КиселевС.П., Руев Т.А., Фомин В.М., Шавалиев М.Ш., Трунев А.П. Ударно-волновые процессы в двухкомпонентных и двухфазных средах. Новосибирск: Наука, 1992. 261 с.
  4. Bird G.A. The Structure of Normal Shock Waves in a Binary Gas Mixture // J. Fluid Mech. 1968. V. 31. Pt. 4. P. 657.
  5. Куликов С.В., Берзигияров П.К. Статистическое моделирование поступательной неравновесности газовой смеси во фронте ударной волны на многопроцессорных компьютерах // Выч. мет. Программирование.2002.Т. 3. № 1. С. 144.
  6. Куликов С.В., Соловьева М.Е. Об эффективности статистического моделирования ударной волны в газовой смеси // ЖВМиМФ. 1988. Т. 28. № 12. С. 1867.
  7. Raines A.A. Numerical Solution of One-dimensional Problems in Binary Gas Mixture on the Basis of the Boltzmann Equation // AIP Conf. Proc. 2003. V. 663. № 1. С. 67.
  8. Кузнецов М.М., Матвеев С.В., Молоствин Е.В., Решетникова Ю.Г., Смотрова Л.В. Высокоскоростная поступательная неравновесность смеси газов ваналитической модели ударной волны // Физико-химическая кинетика вгазовой динамике. 2016. Т. 17. № 1. http://chemphys.edu.ru/issuse/2016-17-1/articles/613/
  9. Кузнецов М.М., Кулешова Ю.Д., Смотрова Л.В., Решетникова Ю.Г. Омаксимуме эффекта высокоскоростной поступательной неравновесности вударной волне // Вестник МГОУ. Физика–математика. 2016. № 3. С. 84.
  10. Бочкарев А.А., РебровА.К., ТимошенкоН.И. Структураударнойволныв смеси Ar–He //Изв. СО АН СССР. 1976. Т. 3. Вып. 1. С. 76.
  11. Harnett L.M., Muntz E.P. Experimental Investigation of Normal Shock Wave Velocity Distribution Functions in Mixtures of Argon and Helium // Phys. Fluids. 1972. V. 15. P. 565.
  12. Gmurczyk A.S., Walenta Z.A. Experimental Investigation of Shock-wave Structure in Hydrogen–Xenon Mixture // Arch. Mech. 1981. V. 33. № 4. P. 501.
  13. Center В.E. Measurements of Shock-wave Structure in Helium–Argon Mixtures // Phys. Fluids. 1967. V. 10. № 8. P. 1777.
  14. Поддоскин А.Б., Юшканов А.А., Яламов Ю.И. О кинетических коэффициентах в граничной задаче скольжения многоатомного газа с вращательными степенями свободы // ТВТ. 2001. Т. 39. № 6. С. 977.
  15. Алексеев Б.В., Полев В.В. Расчет структуры ударной волны с помощью уравнений гидродинамики повышенной точности // ТВТ. 1990. Т. 28. № 3. С. 614.
  16. Рудяк В.Я. О выводе кинетического уравнения типа Энскога для плотного газа // ТВТ. 1985. Т. 23. № 2. С. 268.
  17. Руев А.Г., Федоров А.В., Фомин В.М. Особенности структуры ударной волны в смесях газов с сильно различающимися массами молекул // ПМТФ. 2002. Т. 43. № 4. С. 47.
  18. Никитченко Ю.А. Модельное кинетическое уравнение многоатомных газов // ЖВМиМФ. 2017. Т. 57. № 11. С. 1882.
  19. Никитченко Ю.А., Попов С.А., Сергеева Н.И. Система модельных кинетических уравнений для многокомпонентного газа // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 736.
  20. Никитченко Ю.А., Сергеева Н.И. Модельное кинетическое уравнение для смеси одно- и многоатомных газов // Вестник Гос. ун-та просвещения. Сер. Физика–математика. 2024. № 1. С. 56.
  21. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Е. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.591 с.
  22. Жданов, В.М., АлиевскийМ.Я. Процессы переноса и релаксации в молекулярных газах. М.: Наука, 1989. 336 с.
  23. Никитченко Ю.А. Модели неравновесных течений. М.: Изд-во МАИ, 2013. 160 с.
  24. Никитченко Ю.А. О целесообразности учета коэффициента объемной вязкости в задачах газовой динамики // Изв. РАН. МЖГ. 2018. №2. С. 128.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Carbon dioxide density (a) and temperature (b) profiles in the shock wave at M∞ = 2.05: solid line is the solution of the model kinetic equation, dashed line is the solution of the system of moment equations.

Download (25KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Hydrogen density (a) and temperature (b) profiles in the H2–CO2 mixture at a hydrogen content of 50%: solid line is the solution of the model kinetic equation, dashed line is the solution of the system of moment equations.

Download (28KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Definition of the width of the profile in the shock wave.

Download (11KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Width of the velocity (1), density (2) and temperature (3) profiles in the shock wave for hydrogen (a) and carbon dioxide (b) depending on their partial concentrations in the mixture.

Download (34KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Sound speed profiles in H2–CO2 mixture and in pure gases: 1 – 50% H2 + 50% CO2, 2 – 90% H2 + 10% CO2, 3 – 10% H2 + 90% CO2, 4 – 99% H2 + 1% CO2, 5 – 1% H2 + 99% CO2, 6 – 100% H2, 7 – 100% CO2.

Download (16KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Temperature profiles of pure hydrogen and its mixtures with carbon dioxide: 1 – 50% H2 + 50% CO2, 2 – 90% H2 + 10% CO2, 3 – 10% H2 + 90% CO2, 4 – 99% H2 + 1% CO2, 5 – 1% H2 + 99% CO2, 6 – 100% H2, 7 – 100% CO2.

Download (18KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependences of the relative apparent mass of molecules in mixtures of hydrogen and carbon dioxide: 1 – 90% H2 + 10% CO2, 2 – 50% H2 + 50% CO2, 3 – 99% H2 + 1% CO2.

Download (17KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences