Газодинамические неустойчивости в неравновесной химически активной среде

Газодинамические неустойчивости в неравновесной химически активной среде

Автор: Храпов С.С.

Журнал: Математическая физика и компьютерное моделирование @mpcm-jvolsu

Рубрика: Моделирование, информатика и управление

Статья в выпуске: 1 т.27, 2024 года.

Бесплатный доступ

Получено дисперсионное уравнение, описывающее динамику акустических и энтропийных мод в неравновесном химически активном газе с учетом вязкости, теплопроводности и произвольных зависимостей времени колебательной релаксации, удельной мощности нагрева и охлаждения от плотности и температуры. Исследована линейная динамика акустической неустойчивости в неравновесном химически активном газе. Проведен анализ влияния параметров химической реакции на акустический инкремент и фазовую скорость звука. Проанализированы области с аномальными значениями фазовой скорости звука и акустического инкремента, которые попадают в зону запрещенных звуковых частот. Исследована линейная динамика тепловой неустойчивости в неравновесном химически активном газе. Проведен анализ влияния параметров химической реакции на инкремент неустойчивости и фазовую скорость энтропийных мод. Определены пороговые значения степени неравновесности среды, при превышении которых возможно развитие тепловой неустойчивости. Построена математическая модель динамики линейных возмущений в неравновесной химически активной среде с неоднородным распределением вдоль одной из пространственных координат параметров течения. Получены дисперсионные уравнения, описывающие линейную динамику неустойчивости Кельвина - Гельмгольца, неустойчивых симметричных и антисимметричных мод в неравновесных химически активных сверхзвуковых струях. Исследовано влияние колебательной релаксации и химической активности в неравновесном газе на устойчивость тангенциального разрыва скорости. Показано, что учет колебательной релаксации и химической активности в неравновесном газе приводит к существенному усилению как неустойчивости Кельвина - Гельмгольца для всех режимов течения (дозвуковых и сверхзвуковых), так и неустойчивых симметричных и антисимметричных мод струи. Исследована устойчивость раздела двух покоящихся химически активных сред, различающихся величиной степени неравновесности. Показано, что для типичных значений параметров неравновесных колебательно-возбужденных химически активных сред мнимая часть частоты оказывается положительной, то есть граница раздела неустойчива.

Еще

Неравновесный газ, колебательная релаксация, химические реакции, акустическая и тепловая неустойчивости, неустойчивость кельвина - гельмгольца

Короткий адрес: https://sciup.org/149145779

IDR: 149145779   |   DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2024.1.3

Список литературы Газодинамические неустойчивости в неравновесной химически активной среде

  • Динамика малых возмущений в неравновесном колебательно-возбужденном газе / С. С. Храпов, Г. С. Иванченко, В. П. Радченко, И. С. Маковеев // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2023. — Т. 26, № 4. — C. 83–105. — DOI: https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2023.4.7
  • Завершинский, И. П. Акустические волны в частично ионизованном газе / И. П. Завершинский, Е. Я. Коган, Н. Е. Молевич // Акустический журнал. — 1992. — Т. 38, № 4. — C. 702–709.
  • Завершинский, И. П. О механизме усиления звука в слабоионизованном газе / И. П. Завершинский, Е. Я. Коган, Н. Е. Молевич // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1991. — Т. 99, № 8. — C. 422–427.
  • Каталог моделей физико-химических процессов 2. Процессы колебательного энергообмена / Э. А. Ковач, С. А. Лосев, А. Л. Сергиевская, Н. А. Храпак // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. — 2010. — Т. 10. — Article ID: http://chemphys.edu.ru/issues/2010-10/articles/332.
  • Колебательная релаксация в газах и молекулярные лазеры / Б. Ф. Гордиец, А. И. Осипов, Е. В. Ступоченко, Л. А. Шелепин // Успехи физических наук. — 1972. — Т. 108. — C. 655.
  • Косарева, А. А. Диссоциация и колебательная релаксация в пространственно однородной смеси CO2 /CO/O / А. А. Косарева, Е. А. Нагнибеда // Вестник СПбГУ, Сер. 1. — 2016. — Т. 61, № 3. — C. 468–480.
  • Ландау, Л. Д. Собрание трудов / Л. Д. Ландау, Е. Теллер. — М.: Наука, 1969. — 181 c.
  • Ландау, Л. Д. Теоретическая физика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. — М.: Наука, 1986. — 736 c.
  • Макарян, В. Г. Структура слабых ударных волн в стационарно неравновесной среде / В. Г. Макарян, Н. Е. Молевич // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. — 2005. — Т. 3. — Article ID: http://chemphys.edu.ru/issues/2005-3/articles/84.
  • Молевич, Н. Е. Автоволновой импульс в среде с дисбалансом между тепловыделением и теплоотводом при произвольной величине тепловой дисперсии / Н. Е. Молевич, Д. С. Рящиков // Письма в Журнал технической физики. — 2020. — Т. 46, № 7. — C. 637–640.
  • Молевич, Н. Е. Вторая вязкость в термодинамически неравновесных средах / Н. Е. Молевич, А. Н. Ораевский // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1988. — Т. 94, № 3. — C. 128–132.
  • Молевич, Н. Е. Дисперсия скорости звука и вторая вязкость в средах с неравновесными химическими реакциями / Н. Е. Молевич // Акустический журнал. — 2003. — Т. 49, № 2. — C. 229–232.
  • Осипов, А. И. Кинетические и газодинамические процессы в неравновесной молекулярной физике / А. И. Осипов, А. В. Уваров // Успехи физических наук. — 1992. — Т. 162, № 11. — C. 1–42.
  • Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Т. 10 / В. Е. Алемасов, А. Ф. Дрегалин, А. П. Тишин, В. А. Худяков, В. Н. Костин. — М.: ВИНИТИ, 1980. — 379 c.
  • Хоперсков, А. В. Диссипативно-акустическая неустойчивость в аккреционных дисках на нелинейной стадии / А. В. Хоперсков, С. С. Храпов, Е. А. Недугова // Письма в Астрономический журнал. — 2003. — Т. 29, № 4. — C. 288–299.
  • Храпов, С. С. Нелинейная динамика акустической неустойчивости в колебательно-возбужденном газе: влияние нагрева и охлаждения / С. С. Храпов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. — 2023. — Т. 24, № 6. — Article ID: http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-6/articles/1059. — DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.24.6.1059
  • Чефранов, С. Г. Диссипативная неустойчивость ударных волн / С. Г. Чефранов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 2020. — Т. 157, № 4. — C. 754—764.
  • Численное моделирование акустической неустойчивости в неравновесном колебательно-возбужденном газе / С. С. Храпов, Г. С. Иванченко, В. П. Радченко, А. В. Титов // Журнал технической физики. — 2023. — Т. 93, № 12. — C. 1727–1731.
  • Шоев, Г. В. Разработка и апробация методики численного моделирования термически неравновесных диссоциирующих течений в ANSYS Fluent / Г. В. Шоев, Е. А. Бондарь, Г. П. Облапенко и др. // Теплофизика и аэромеханика. — 2016. — Т. 23, № 2. — C. 159–171.
  • Bauer, H. J. Sound amplification from controlled excitation reactions / H. J. Bauer, H. E. Bass // Physics Fluids. — 1973. — Vol. 16, № 7. — P. 988–996.
  • General nonlinear acoustical equation of relaxing media and its stationary solutions / N. E. Molevich, R. N. Galimov, V. G. Makaryan, D. I. Zavershinskiy // The Journal of the Acoustical Society of America. — 2013. — Vol. 133, № 5. — P. 3555.
  • Formation of ionization-cone structures in active galactic nuclei: I. Stationary model and linear stability analysis / V. L. Afanasiev, S. N. Dodonov, S. S. Khrapov, V. V. Mustsevoi, A. V. Moiseev // Astrophysical Bulletin. — 2007. — Vol. 62, № 1. — P. 1–14.
  • Formation of ionization-cone structures in active galactic nuclei: II. Nonlinear hydrodynamic modelling / V. L. Afanasiev, S. N. Dodonov, S. S. Khrapov, V. V. Mustsevoi, A. V. Moiseev // Astrophysical Bulletin. — 2007. — Vol. 62, № 1. — P. 15–25.
  • Khoperskov, A. V. Computer modeling of non-stationary gas quasi-Keplerian disk / A. V. Khoperskov, S. S. Khrapov // Astrophysics and Space Science Library. — 2006. — Vol. 337. — P. 217–229.
  • Khoperskov, A. V. Instability of high-frequency acoustic waves in accretion disks with turbulent viscosity / A. V. Khoperskov, S. S. Khrapov // Astronomy and Astrophysics. — 1999. — Vol. 345, № 5. — P. 307–314.
  • Khoperskov, A. V. Instability of thermal, viscous, and acoustic modes in thin accretion disks / A. V. Khoperskov, S. S. Khrapov // Astronomy Reports. — 1999. — Vol. 43, № 4. — P. 216–228.
  • Khrapov, S. S. Instability of sound waves in a nonequilibrium vibrational excited gas: linear dynamics / S. S. Khrapov. — Preprint ResearchGate. — Electronic text data. — Mode of access: https://www.researchgate.net/publication/374582690_Instability_of_sound_waves_in_a_noneuilibrium_vibrational_excited_gas_linear_dynamics?channel=doi&linkId=652580dac64260390bde9144&showFulltext=true. — Title from screen. — DOI: http://doi.org/10.13140/RG.2.2.18683.28965
  • Kogan, E. Y. Excitation of waves in a nonequilibrium gas relaxing by the VRT mechanism / E. Y. Kogan, N. E. Molevich // Soviet Physics Journal. — 1985. — Vol. 55, № 4. — P. 754–756.
  • Kogan, E. Y. Sound waves in a nonequilibrium molecular gas / E. Y. Kogan, N. E. Molevich // Soviet Physics Journal. — 1986. — Vol. 29. — P. 547–551.
  • Kuz’min , N. M. Numerical modeling of the evolution of unstable modes of jets from young stellar objects / N. M. Kuz’min , V. V. Mustsevoi, S. S. Khrapov // Astronomy Reports. — 2007. — Vol. 51, № 12. — P. 985–993.
  • Lensky, N. G. Expansion dynamics of volatile-supersaturated liquids and bulk viscosity of bubbly magmas / N. G. Lensky, V. Lyakhovsky, O. Navon // Journal of Fluid Mechanics. — 2002. — Vol. 460. — P. 39–56.
  • Levin, K. A. Jets and disks around young stars / K. A. Levin, V. V. Mustsevoi, S. S. Khrapov // Astronomy Reports. — 1999. — Vol. 43, № 2. — P. 104–112.
  • Makaryan, V. G. Stationary shock waves in nonequilibrium media / V. G. Makaryan, N. E. Molevich // Plasma Sources Science and Technology. — 2007. — Vol. 16, № 1. — P. 124–131.
  • Millikan, R. C. Systematics of Vibrational Relaxation / R. C. Millikan, D. R. White // Journal of Chemical Physics. — 1963. — Vol. 39, № 12. — P. 3209–3213.
  • Molevich, N. E. Inversion of the bulk viscosity in nonequilibrium media with heat release and new acoustical properties of such media / N. E. Molevich // The Journal of the Acoustical Society of America. — 2008. — Vol. 123, № 5. — P. 36–91.
  • Shakura, N. I. A theory of the instability of disk accretion onto black holes and the variability of binary X-ray sources, galactic nuclei and quasars / N. I. Shakura, R. A. Sunyaev // Monthly Notices of the Roy. Astron. Society. — 1976. — Vol. 175. — P. 613–632.
  • Shakura, N. I. Black holes in binary systems. Observational appearance / N. I. Shakura // Astronomy and Astrophysics. — 1973. — Vol. 24. — P. 337–355.
  • Yao, Z. R. Instability of anomalous viscosity disks around young stellar objects / Z. R. Yao, X. Q. Li // Journal of Plasma Physics. — 2007. — Vol. 7. — P. 367–375.
  • Zavershinskiy, D. I. Amplifaction of Magnetoacoustic Waves in Optically Thin Plasma Medium with Thermal Instability / D. I. Zavershinskiy, N. E. Molevich // The Journal of the Acoustical Society of America. — 2014. — Vol. 38, № 4. — P. 619–622.
  • Zavershinskiy, D. I. Numerical simulations of evolution of weak disturbances in vibrationally excited gas / D. I. Zavershinskiy, V. G. Makaryan, N. E. Molevich // The Journal of the Acoustical Society of America. — 2013. — Vol. 133, № 5. — P. 3328.
  • Zavershinskiy, D. I. Overstability of acoustic waves in heat-releasing gaseous media
  • / D. I. Zavershinskiy, N. E. Molevich, S. etal Belov // AIP Conference Proceedings. — 2020. — Vol. 2304, № 1. — Article ID: 020028.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp