發(fā)布時間：2024-03-31 03:02

　　高超聲速流動在頭激波壓縮后常處于高溫條件下的熱化學(xué)非平衡狀態(tài).本文采用態(tài)-態(tài)方法和雙溫度模型計算分析了一維正激波后和高超聲速鈍體繞流駐點線上的氧氣熱化學(xué)非平衡流動.態(tài)-態(tài)方法將氧氣的每個振動能級當(dāng)成獨(dú)立的組分,通過耦合Euler方程或駐點線上的降維Navier-Stokes方程,數(shù)值求解得到了高溫流動中的精細(xì)熱化學(xué)非平衡狀態(tài).而雙溫度模型假設(shè)氧氣的振動能級服從B oltzmann分布,通過求解振動能方程得到振動溫度.一維正激波后熱化學(xué)松弛過程的計算結(jié)果表明,態(tài)-態(tài)計算預(yù)測的溫度分布和氧原子濃度分布較好地吻合了文獻(xiàn)中的實驗結(jié)果,而經(jīng)典的雙溫度模型的預(yù)測結(jié)果誤差較大,且不同雙溫度模型的計算結(jié)果比較發(fā)散.態(tài)-態(tài)方法詳細(xì)地給出了所有振動能級的變化過程.無論是正激波還是脫體激波后的流場,都是高振動能級首先得到激發(fā);但是數(shù)密度大的低振動能級先達(dá)到熱平衡,而高能級分子要經(jīng)過很長距離后才能達(dá)到熱平衡.在駐點附近,復(fù)合反應(yīng)生成的氧氣分子處于高振動能級,導(dǎo)致高振動能級分子數(shù)密度顯著高于平衡分布.計算還發(fā)現(xiàn),經(jīng)典雙溫度模型的離解反應(yīng)速率明顯偏離態(tài)-態(tài)計算結(jié)果,無法準(zhǔn)確體現(xiàn)振動離解耦合效應(yīng)對離解反應(yīng)速率的影響...

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

圖2態(tài)-態(tài)方法計算得到的各物理量隨正激波后距離的變化曲線

圖2給出了態(tài)-態(tài)計算得到的激波后各物理量隨松弛距離的變化曲線.值得注意的是，來流氧氣經(jīng)激波壓縮，氣體平動溫度遠(yuǎn)大于振動溫度(振動溫度經(jīng)激波不變).沿激波波后方向，氧分子通過V-T傳能使得振動溫度上升、平動溫度下降；同時高溫還使得氧分子發(fā)生離解，氧原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，平動溫度進(jìn)一步下....

圖3激波后不同位置振動能級歸一化數(shù)密度分布

為了詳細(xì)分析松弛過程中的振動能級分布變化，圖3給出了5個位置的歸一化振動能級的數(shù)密度分布.在激波處(x=0)，由于熱化學(xué)反應(yīng)尚未開始，振動能級處于低溫狀態(tài)下的平衡分布.通過激波后，由于振動能遠(yuǎn)小于平動能，V-T和V-V-T過程首先發(fā)生.激波后(x=0.09,0.29mm)的流場....

圖1不同模型計算得到的的V-V-T反應(yīng)速率常數(shù)對比

前面已經(jīng)提到，準(zhǔn)經(jīng)典軌道(QCT)方法能夠給出更精確的基元反應(yīng)速率常數(shù).文獻(xiàn)中已有O2(i)+O的離解反應(yīng)、V-T反應(yīng)以及O2(i)+O2離解反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)QCT計算數(shù)據(jù)庫[13,28-29].本文綜合FHO模型與QCT結(jié)果，得到了高溫O2/O混合物的所有振動態(tài)反應(yīng)速率常數(shù).....

圖4不同振動能級歸一化數(shù)密度在激波后的分布

本文還采用常用的6種雙溫度模型預(yù)測熱化學(xué)非平衡松弛過程.圖5和圖6分別給出了預(yù)測的正激波后溫度和氧原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果，其中含態(tài)-態(tài)計算結(jié)果、4種基于雙溫度假設(shè)的耦合模型計算結(jié)果以及文獻(xiàn)[13]中的相關(guān)實驗結(jié)果.可以看出，態(tài)-態(tài)計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)符合較好，尤其是氧原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布更接....

本文編號：3943347