Моделирование поуровневой кинетики кислорода за отраженными ударными волнами

Исследуется связанная задача газовой динамики, колебательной релаксации и диссоциации при течении кислорода за отраженными ударными волнами. Использовано приближение детальной поуровневой кинетики, основанное на совместном решении уравнений сохранения импульса и энергии с уравнениями баланса заселенностей колебательных состояний молекул и концентраций атомов кислорода. Рассмотрены условия, реализованные в недавних экспериментах в ударных трубах. Для разных моделей физико-химических процессов проводится сравнение с экспериментальными данными; варьируя параметры моделей, удается добиться удовлетворительного согласия всех газодинамических параметров с результатами измерений. Ключевой особенностью использованного подхода является учет частичной колебательно-химической релаксации в промежутке времени между прохождением падающей и отраженной ударных волн. Отказ от предположения о замороженной релаксации приводит к тому, что отраженная ударная волна распространяется по колебательно неравновесному газу, что существенно влияет на кинетику и газовую динамику. Учет частичной релаксации обеспечивает хорошее согласие рассчитанного за фронтом отраженной ударной волны давления с давлением, измеренным в эксперименте. С другой стороны, сравнение с колебательной температурой, вычисленной косвенно по спектроскопическим экспериментальным данным в предположении замороженной релаксации, показывает заметные различия вблизи фронта волны. Сделан вывод о целесообразности усовершенствования методики пересчета газодинамических параметров с учетом колебательного возбуждения перед фронтом отраженной ударной волны.