Течения с неравновесными химическими реакциями

Увеличение расхода в неравновесных течениях по сравнению с равновесными является при одинаковых параметрах торможения и площади общим свойством неравновесных течений. Этот факт отмечался выше при рассмотрении течений с неравновесными химическими реакциями и неравновесным возбуждением колебательных степеней свободы. Различие состоит лишь в том, что в двухфазных течениях увеличение расхода может достигать десятков процентов, особенно при большой массовой доле частиц, в то время как в однофазных неравновесных течениях увеличение расхода не превышает процента. [c.298]

Уравнение производства энтропии в координатах s, -ф, 0 для течений с неравновесными химическими реакциями имеет вид [c.23]

ТЕЧЕНИЯ С НЕРАВНОВЕСНЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ РЕАКЦИЯМИ [c.193]

Рис. 6.2. Зависимость удельного импульса в пустоте 1у и температуры Т от г при а = 1, Ро = 15 МПа 1 — равновесное течение, 2 — химически неравновесное течение, 3 — химически замороженное течение, 4 — течение с замороженными химическими реакциями и энергией колебательных степеней свободы

Итак, выписана общая система уравнений, описывающая нестационарное пространственное течение смеси газа и частиц с неравновесными химическими реакциями, неравновесным возбуждением колебательных степеней свободы и неравновесной конденсацией. [c.13]

Реальное течение в диссоциированном пограничном слое характеризуется наличием градиента концентрации атомов и молекул и неравновесностью химических реакций. В этом случае процесс теплопередачи в пограничном слое может существенно отличаться от процесса чисто молекулярной теплопроводности. Наряду с молеку- [c.702]

Анализ данных по теплообмену проводится с целью выявления влияния на пограничный слой, не содержащий продуктов абляции, различных процессов в потоке, таких, как неравновесные химические реакции и завихренность, вызванная скачком уплотнения. Чтобы выяснить, влияют ли процессы столкновения или диффузии на течение в пограничном слое, будет исследована химическая кинетика реакций диссоциации и рекомбинации для различных условий эксперимента. Затем определяется влияние каталитической поверхности на результаты. И наконец, полученные результаты сопоставляются с данными, полученными в ударных трубах и баллистических экспериментах при установившемся режиме течения. Они будут сопоставлены также с имеющимися теоретическими данными. [c.378]

Таким образом, для прогнозирования этих процессов необходимо уметь рассчитывать течение омеси газов при наличии неравновесных химических реакций с подводом массы и энергии. Во многих случаях удобно решать обратную задачу, а именно, рассчитывать такое течение при заданном по длине распределении давления в одномерном приближении, которое позволяет выявить основные качественные закономерности. [c.223]

В работе [2] рассмотрена задача об оптимизации распределенной массы впрыска. Рассматривается одномерное стационарное течение газа в сопле с учетом неравновесных химических реакций. Система уравнений газовой динамики и химической кинетики имеет вид (1.2.1., 1.3) [c.232]

В настоящей главе не ставится задача описания существа методов расчета течений химически неравновесного газа. Методы расчета течений газа в реактивных соплах с учетом химических реакций различных продуктов сгорания рассмотрены в работах [9], [19], [11-13], [64], [65], [71] и др. Представляется целесообразным привести некоторые результаты исследований по влиянию химической неравновесности на основные газодинамические характеристики сопла. [c.347]

Таким образом, увеличение числа Re при неравновесном протекании химических реакций в связи со снижением влияния эффекта химических реакций приводит к меньшему относительному увеличению теплообмена по сравнению с замороженным течением. На рис. [c.70]

Развитие теоретических исследований неравновесных газовых течений способствовало также появление быстродействующих вычислительных машин. Необходимость учета релаксационных явлений при расчете газовых течений обусловлена следующими причинами. В области высоких температур и давлений протекают различные химические реакции, процессы диссоциации, ионизации, возбуждения колебательных и электронных степеней свободы. Если времена этих процессов сравнимы с характерными временами макроскопических процессов, то происходит значительное отклонение от состояния термохимического равновесия, вызывающее в свою очередь существенное изменение картины течения. Нарушение локального термохимического равновесия при расширении диссоциированной смеси в ракетном сопле может привести к значительным потерям тяги. Недостаточно высокая скорость электронно-ионной рекомбинации в [c.118]

Расчету одномерных течений с большим числом неравновесно протекающих химических реакций посвящены, например, работы [6, 7. Численное решение двумерной задачи обтекания тел в такой постановке сопряжено с вычислительными трудностями. Поэтому целесообразно изучить сначала течение с помощью простых моделей, приближенно описывающих структуру зоны реакций. [c.79]

В большинстве прикладных задач не удается описать течение газа, используя лишь модель идеального газа. Реальное течение сопровождается физико-химическими процессами, природа которых и методы их математического описания суш ественно различаются. Однако, несмотря на одновременное протекание различных ре таксационных процессов, их удается разделить и изучать независимо, поскольку взаимное влияние по суш еству невелико. В частности, неравновесное возбуждение или дезактивацию колебательных степеней свободы можно изучить, используя неравновесные значения концентраций различных компонент, полученные в предположении равновесия поступательных и колебательных степеней свободы. Характер неравновесного протекания химических реакций в двухфазной среде лишь в малой степени зависит от динамического и теплового состояния частиц. В связи с этим в настоящей и следующей главах будут раздельно рассмотрены неравновесные физико-химические процессы, которые могут иметь место в соплах, в том числе неравновесное возбуждение колебательных степеней свободы, химические реакции, неравновесные двухфазные течения. [c.250]

В табл. 6.1 представлены для системы С — О — Н — N элементарные химические реакции ц константы скоростей, обычно используемые прп расчете неравновесных течений в соплах [6]. [c.260]

Одномерное приближение. Течение с релаксацией колебательных степеней свободы в сопле в одномерном приближении описываются, как и в случае течений с неравновесными химическими реакциями, системой уравнении (6.28) — (6.30), (6.32), (6.33) с той лишь разницей, что вместо релаксационных уравнений (6.31) для концентраций химических компонентов следует использовать релаксационные уравнения (6.47) — (6.56) для энергии различных колебательных мод молекул. Из рассмотрения уравнений (6.47) — (6.56) следует, что любое из них может быть представлено в форме, характерной для релаксационных уравне-ни11, аналогично уравнениям химической кинетики (6.31), т. е. в виде с1в- [c.283]

Данную схему опробовали Тайлер и Эллис [1970] при расчете сильных одномерных ударных волн по уравнениям при отсутствии вязкости, Катлер и Ломекс [1971] при расчете висячих скачков внутри поля трехмерного течения и Андерсон [19706] при расчете квазиодномерных течений с неравновесными химическими реакциями. Ли [1971] использовал эту схему в сочетании с методикой выделения скачков для расчета осесимметричных течений с химическими реакциями. Томас с соавторами [1971] применили схему (также в совокупности с методикой выделения скачков) для численного решения трехмерных задач, продвигая решение по осевой координате, в данном случае игравшей роль времени. [c.377]

На основе успехов, достигнутых в развитии численных методов, в последние годы в ЛАБОРАТОРИИ и в других подразделениях ИНСТИТУТА (как правило, под руководством выросших в ЛАБОРАТОРИИ М. Я. Иванова, В. И. Конченова, В. И. Милешина и др.) созданы совершенные алгоритмы расчета пространственных течений в элементах силовых установок (СУ) с воздушно-реактивными двигателями и для моделирования процессов во всей СУ, для описания интеграции СУ с летательным аппаратом, учета неравновесных химических реакций, горения, конденсации и других процессов. [c.118]

Пусть число независимых компонентов в смеси равпо т, число компонентов в газовой фазе — Л , из которых первые т — конденсирующиеся. Система уравнений, описывающая в одномерном приближении течение с неравновесным протеканием химических реакций и неравновесной конденсацией, имеет вид [c.323]

Ряд прикладных задач требует подробного знания параметров дальнего следа, оставляемого телами при спуске в атмосфере с гиперзвуковой скоростью. К их числу необходимо отнести задачи, связанные со взаимодействием электромагнитных волн с возмущенной при пролете областью атмосферы. Это важно, например, при исследовании метеорных явлений или при обеспечении качества радиосвязи со спускающимися аппаратами и т.д. Важнейшими из отмеченных характеристик течения являются электронная концентрация температура потока Т и температура электронов Т . При спуске в атмосфере условия течения в дальнем следе могут сильно меняться от ламинарного режима на больших высотах до турбулентного при полетах на малых, от химически замороженного течения при малых значениях плотности окружающей среды верхней атмосферы до равновесного вблизи поверхности Земли. Необходимо отметить, что к настоящему времени течения в дальних следах достаточно подробно исследованы [1-9]. В ряде расчетно-теоретических работ эта область течения рассматривалась как в рамках совершенного газа, так и, где это необходимо, с учетом химических реакций. Между тем в условиях гиперзвукового полета и разреженной среды возможно не только неравновесное протекание химических реакций, но и достаточно сильное отклонение от состояния термического равновесия. Анализ времен релаксации различных физико-химических процессов в условиях низкотемпературной плазмы дальнего гиперзвукового следа показывает, что возможны колебательная неравновссность отдельных молекул (прежде всего молекул О2 и N2, если ограничиться рассмотрением течений "чистого" воздуха без учета возможных добавок естественного или искусственного происхождения) и отрыв температуры электронов 7,, от температуры поступательно-вращательных степеней свободы тяжелых частиц Т. Термическая неравновссность, важная сама по себе, влияет и на остальные параметры потока. Основные закономерности подобных течений выявлены в [7-10]. Данная работа является продолжением указанных исследований на всем протяжении гиперзвукового спуска в атмосфере. [c.154]

На фиг. 2 изображены профили относительной массовой и числовой Л, , концентрации электронов на оси следа. Как и в случае температур, приведенных на фиг. 1, быстрое уменьшение с, ш N на больших высотах объясняется главным образом сильным влиянием вязкостных свойств среды диффузионными процессами, влияние которых увеличивается с уменьшением числа Ке , и, в меньшей степени, конвективным разбавлением. Течение на таких больших высотах (выше 70 км) в условиях низкой плотности практически заморожено, и химическая кинетика никакого влияния на электронную концентрацию не оказывает. По мере спуска тела уменьшается роль вязкостных свойств среды - диффузионного переноса, но из-за возрастания плотности растет влияние химических реакций на снижение электронной концентрации. Как только по мере спуска потоки диффузии вновь возрастают при появлении турбулентности на рассматриваемом участке следа, концентрация электронов быстро падает. Роль химической кинетики в уменьшении электронной концентрации в отличие от совместного вклада диффузии и конвективного разбавления легко проследить, сравнив два графика фиг. 2 при X = lOOd пунктирную кривую, соответствующую химически замороженному течению, и сплошную, определенную с учетом неравновесных химических реакций. [c.160]

Как уже было отмечено в гл. 7, термодинамическое описание неравновесных систем основано на постулате о наличии локального равновесия. Термодинамические параметры (температура, давление, энтропия и т. д.) в общем случае являются функциями пространственно-временных координат. С методической точки зрения целесообразно выделить два класса неравновесных систем непрерывные и прерывные. В непрерывных системах интенсив11ые параметры состояния являются не только функциями времени, но также непрерывными функциями пространственных координат. В них протекают неравновесные процессы переноса теплоты (теплопроводность), импульса (вязкое течение), массы (различные виды диффузии) и химические реакции. [c.195]

На рис. 3.4 пpeд taвлe io влияние числа Рейнольдса на теплоотдачу. При течении химически равновесной смеси зависимость теплоотдачи от числа Ре аналогична зависимости Ни = /(Ре) для случая течения однородного газа с переменными свойствами. Для химически неравновесного потока, помимо известного гидродинамического влияния, число Ре, изменяя толщину пограничного слоя, влияет и на соотношение двух конкурирующих процессов диффузии и химической реакции в пограничном слое. Увеличение числа Ре приводит к уменьшению толщины [c.104]

Метод, принятый в термодинамике неравновесных процессов, состоит прежде всего в том, что устанавливают различные законы сохранения микроскопической физики законы сохранения материи, импульса, момента импульса и энергии. В 2 этой статьи мы дадим формулы этих законов применительно к изотропным жидкостям, в которых имеют место тепло- и массоперенос и вязкое течение. В 4 и 5 рассмотрены эффекты, вызванные химическими реакциями, релаксационными процессами и действием внещних сил. С помощью законов сохранения описан закон энтропии Гиббса и введено уравнение баланса, которое содержит в себе как основной термин величину прироста энтропии. Выражение для прироста энтропии в этом случае является суммой членов, обусловливаемых теплопроводностью, диффузией, вязким течением и химическими реакциями ( 3—5). Каждый из этих членов состоит из произведения потока (например, потока тепла или диффузионного потока) и термодинамической силы (например, градиента температуры или градиента концентрации). Можно установить линейную зависимость (называемую феноменологическими уравнениями) между этими потоками и термодинамическими силами ( 6). Коэффициенты, появляющиеся в этих уравнениях, суть коэффициент теплопроводности, коэффициент диффузии и тому подобные. Между ними существует определенная зависимость как результат временной инвариантности (соотношение Онзагера) и возможности пространственной симметрии (принцип Кюри). Окончательно включением феноменологических уравнений в законы сохранения и законы энтропии а также с помощью приведенных ниже уравнений состояния ( 7) получают полную систему дифференциальных уравнений, описывающих поведение объекта. [c.5]

П эи интенсивной химической реакции (например при взрыве газа в замкнутом сосудеЗ распределение энергии между отдельными видами движения молекул нарушается в ту или иную сторону, в зависимости от характера химической реакции. Нарушается также распределение энергии поступательного движения между отдельными молекулами, и уравнение (II, 2) теряет силу. Такое состояние вещества называется неравновесным. В неравновесном состоянии само понятие температуры тела теряет свою определенность, так как средние энергии различныЬс вИдо1в движения молекул соответствуют разным температурам. Однако по окончании химической реакции в течение долей секунды тела вновь приходят в состояние термодинамического равновесия, причем в каждом объеме вещества устанавливается распределение различных видов энергии молекул, выражаемое приве -денными выше уравнениями, в соответствии с температурой вещества в данном объеме. [c.26]

Ктдр " осредненное течение можно считать термохимически равновесным, однако химические реакции могут быть неравновесными по отношению к пульсациям в этом случае состав смеси определяется из закона действующих масс (3.2.15 ) с учетом влияния пульсаций температуры и состава, а процессы химического превращения влияют на коэффициенты турбулентного обмена Иевлев, 1990 Маров, Колесниченко, 1987). [c.148]

Идея, положенная в основу развитого метода совместного профилирования камеры сгорания и сопла, реализуюгцих максимум тяги при фиксированной обгцей длине, не зависит от выбора одномерной модели КС. Такой подход сохранится нри замене модели [1] любой одномерной моделью, учитываюгцей неравновесное протекание химических реакций. И в таких случаях ограничение на Т < Т приведет к появлению концевого участки с Т = Т и как результат - к снижению концентраций Н, О, ОН и N0 и к уменьшению неравновесных потерь из-за замораживания состава газа в соиле. Это верно при недостаточно больших X и когда течение в соиле близко к замороженному. Рост X и уменьшая неравновесные потери, снижает эффективность предложенного метода профилирования. Демонстрация возможностей метода на примере водородовоздушной смеси не ограничивает его применения к иным горючим и окислителям. [c.98]

И при М==10 превосходит температуру набегаюьцего потока более чем в двадцать раз (при 7=1,4). Появление области с очень высокой температурой при гиперзвуковом обтекании тел воздухом и другими газами приводит ко второй особенности таких течений (первая выражена неравенством (23.1), а именно — к проявлению эффектов, связанных с поведением реальных газов при высокой температуре. Для учета этих эффектов вместо модели совершенного газа для воздуха или других смесей газов вводятся более сложные модели модели термодинамически равновесного газа с учетом протекания в нем физико-химических процессов — возбуждения внутренних степеней свободы молекул и атомов, диссоциации молекул, химических реакций между компонентами смеси, ионизации атомов и молекул модели, в которых учитывается конечная скорость протекания названных физико-химических процессов (модели термодинамически неравновесного или релаксируюихего газа) модели с учетом процессов молекулярного переноса в газе—вязкости, теплопроводности, диффузии, а также с учетом излучения. В последних моделях нужно принимать во внимание и то, что при высокой температуре обтекающего тела газа поверхностный слой тела может разрушаться, в результате чего поток вблизи тела будет содержать газообразные (а иногда — и испаряющиеся твердые и жидкие) продукты разрушения тела. [c.400]

Нзученне неравновесных течений заключается в совместном исследовании движения среды и химических процессов, происходящих с конечными скоростями. Формально это выражается в том, что к обычной системе уравненин газовой динамики добавляется уравнение для скорости химических реакций. [c.186]

Релаксационный процесс может оказывать существенное влияние на параметры течения, если время релаксации сравнимо с характерным газодинамическим временем, а изменение энергии, связанное с ЭТИЛ1 релаксационным процессом, составляет значительную часть от общего изменения энергии. При течении в сопле высоко-темиературно смеси с температурой торможения < 4500 К наиболее существенным является неравновесное протекание химических реакции, вклад которых в общую энергию смеси соизмерим с вкладом колебательных степеней свободы, а времена релаксации для них, как правило, на одип-два порядка больше времен релаксации для колебательных степеней свободы молекул. Это видно [c.257]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...