ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оптические свойства нагретого воздуха из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Еа = О, N А = N). Расчеты показывают, ЧТО коэффициент ф не очень сильно отличается от 1, так ЧТО формулой (5.107) МОЖНО пользоваться для грубой оценки. [c.281] Вопрос о поглощении и излучении света нагретым воздухом имеет первостепенное значение для таких практически важных задач, как изучение явлений, происходящих в огненном шаре сильного взрыва (см. гл. IX), расчет радиационного нагревания баллистических ракет и искусственных спутников при входе в атмосферу и др. Для первой задачи существен широкий диапазон температур от обычных и до сотен. тысяч и даже миллиона градусов. Для второй задачи наибольший интерес представляют температуры 5000—20 000° К, которые развиваются в ударной волне перед телами, движущимися в атмосфере со скоростями порядка нескольких или 10 км/сек. Широк и диапазон плотностей, с которыми приходится иметь дело, от IOqq (в ударной волне. [c.281] Холодный воздух, как известно, прозрачен для видимого света. Поглощение начинается в ультрафиолетовой области спектра и связано с системой полос Шумана — Рунге молекул кислорода. Фактически заметной величины поглощение достигает при X 1860 А. Экспериментальная кривая коэффициента поглощения холодного воздуха нормальной плотности в зависимости от длины волны показана на рис. 9.3 в 2 гл. IX. [c.283] При температурах выше 15 000—20 000° К, когда молекулы почти полностью диссоциированы на атомы и последние заметно ионизованы, поглощение света в непрерывном спектре складывается из фотоэлектрического поглощения атомами и ионами и тормозного поглощения в поле ионов. Эти механизмы были подробно рассмотрены в разделе 1 настоящей главы, где были даны оценочные формулы для вычисления коэффициентов поглощения и средних пробегов излучения, основанные на приближении водородоподобности. В табл. 5.2 8 были приведены результаты расчетов средних пробегов в воздухе в области многократной ионизации, т. е. при температурах выше примерно 50 000° К. При температурах ниже 15 000° К в поглощении участвуют все рассматривавшиеся выше механизмы, причем сравнительная роль различных составляющих очень сильно зависит от частоты света и от термодинамических условий температуры и плотности. К составляющим непрерывного и квазинепрерывного поглощения относятся молекулярные переходы в молекулах, присутствующих в нагретом воздухе, N2, О2, N3, N0, МОг, фотоэлектрическое поглощение частицами О2, N2, N0, О, Р , 0 , свободно-свободные переходы в поле ионов 0 , N0+, О , N3, а также, возможно, в поле нейтральных атомов и молекул. [c.283] Для конкретных расчетов коэффициентов поглощения необходимо, конечно, знание концентраций всех указанных компонент воздуха, а также концентрации свободных электронов (см. гл. III). [c.283] Оптические свойства нагретого воздуха экспериментально исследовались при помощи ударной трубы в лаборатории АУСО в США. Экспериментальные и расчетные данные изложены в работах [8, 31, 32, 32а, 43—46] и обзорах [28, 30, 47] (см. также работы [33, 48]). [c.283] Расчетам коэффициентов поглощения и излучательной способности нагретого воздуха посвящен цикл работ Л. М. Бибермана и его сотрудников. Обзор этих работ имеется в статье [56], в которой рассматриваются вопросы радиационного нагрева тела, движущегося в атмосфере с гипер-звуковой скоростью. В статье дана обширная библиография. Вопросам поглощения света в воздухе посвящен также номер журнала [64]. [c.283] Основным результатом экспериментального изучения оптических свойств воздуха в ударной трубе является определение сил осцилляторов для важнейших молекулярных переходов. [c.283] Отношение измеренной интенсивности излучения из расчета на слой единичной толщины к интенсивности абсолютно черного тела дает непосредственно исправленный коэффициент поглощения к %. Сила осцилляторов для системы полос Шумана — Рунге была определена путем исследования интенсивности излучения в чистом кислороде при сравнительно низких температурах 3000—4000° К, получающихся в прямой волне. [c.284] При таких температурах степень ионизации очень мала, отрицательных ионов кислорода мало и практически все поглощение связано с молекулярными переходами. Из этих данных по формулам (5.113), (5.114) с использованием расчетных коэффициентов ф была выведена сила осциллятора /ш-р = 0,028 0,008. В интервале длин волн от 3300 до 4700 А она оказалась не зависящей от Я, Т, Q. [c.284] Данные по силам осцилляторов N0 и N2 были получены путем обработки спектров излучения в воздухе при разных температурах и плотностях. [c.284] Эти величины извлекались последовательно при изучении тех участков спектра, температур и плотностей, при которых еще неизвестные механизмы играют небольшую роль, за исключением одного поглощение за счет уже известных механизмов из измеренных величин исключалось. [c.284] Таким образом, были найдены силы осцилляторов для всех важных систем ) они собраны в табл. 5.8. [c.284] Показаны вклады различных механизмов, (хр —свободно-связанные переходы А —суммарное излучение В — 1/10 интенсивности излучения черного тела. [c.285] Для удобства вычисления коэффициентов поглощения воздуха приводим численные формулы для расчета отдельных составляющих в областях молекулярного поглощения и первой ионизации, т. е. при Г 20 000° К. [c.286] Концентрации С всех частиц определены в этих формулах как отношения чисел частиц к числу исходных молекул в холодном воздухе. В формулы для коэффициентов молекулярного поглощения подставлены силы осцилляторов из табл. 5.8. Эффективный заряд в формулах для крамерсовского поглощения принят равным 1 ). [c.286] Концентрации отрицательных ионов кислорода можно вычислить по формуле Саха, зная концентрации атомов кислорода и свободных электронов. Эффективные сечения поглощения отрицательными ионами 0 даются на рис. 5.5 в 5. [c.286] А — 10 интенсивности излу 5ения черного тела, В — суммарное излучение, Цу — свободно-связанные переходы. [c.287] Основную роль играет поглощение в 1+-системе N2 и крамерсовский механизм. Что же касается второй точки, то экспериментальное значение гораздо выше, чем то, которое дает теория ). [c.288] Вернуться к основной статье