再突入飛翔体まわりの衝撃層における熱化学非平衡過程と表面触媒現象の統合的モデル化

再入弹丸周围激波层热化学非平衡过程和表面催化现象的集成建模

基本信息

批准号：
13750846
负责人：
藤田和央
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Institute of Space and Astronautical Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、昨年度までに蓄積された分子動力学計算コードとDSMCコードを融合して、特に窒素分子の内部モード緩和と乖離の連成解析モデルを開発するために一連の解析を行った。窒素分子は内部励起準位が約9000存在するため、準位を個別に考慮した解析的な状態遷移解析は困難であるため、統計的な手法に基づいた直接計算法を採用した。この実現のため、本研究ではDSMC-QCTハイブリッド法を開発した。DSMC-QCTハイブリッドでは、分子の運動をモンテカルロ法で計算する一方で、分子間衝突に関する部分だけをQCT法で取扱う手法である。この手法は、今年度では実現できなかった課題である、表面触媒モデルとの連成を取りこむ上でも有効である。窒素分子の回転/振動準位はRKRポテンシャルに回転の効果を考慮した核間ポテンシャルを用いた量子計算により解析し、このRKRポテンシャルを核間ポテンシャルに、分子間ポテンシャルにBillingの経験式を用いて、QCT法による衝突計算を行なった。DSMC法はBirdのNTC法による。QCT法では遷移における量子力学効果が考慮されていないため、並進温度が低い領域では振動緩和レートが過小評価されることがわかった。遷移におけるこの効果を考慮した補正を行なうことで、実験に良い一致を得ることが出来た。また回転遷移レートに付いても実験値による精度検証を行なった。以上のモデル検証を終えた後、高温域での緩和パラメータを決定するために、並進温度2000〜80000Kの範囲で解析を行なった。その結果、回転緩和モデルについては従来のParkerモデルを補正することで、また振動緩和モデルについては、高温域での緩和は従来考えられているよりもやや速く、一定の衝突断面積をもつ衝突制限モデルを導入することで、約80000Kまで緩和モデルを拡張することができることが確認された。

今年，我们进行了一系列分析，以开发一个耦合分析模型，以用于氮分子的内部模式松弛和差异，尤其是通过融合到去年累积的分子动力学计算代码。由于大约有9,000个氮分子的内部激发水平，因此很难考虑该水平的分析状态转变分析，因此采用了基于统计方法的直接计算方法。为此，这项研究开发了DSMC-QCT混合方法。在DSMC-QCT杂种中，使用Monte Carlo方法计算分子的运动，而仅使用QCT方法处理与分子间碰撞相关的部分。该方法还可以有效地将耦合与表面催化剂模型合并，这是今年无法实现的问题。通过使用旋转对RKR电位的影响，使用量子内电位对氮分子的旋转/振动水平进行分析，并使用QCT方法使用RKR方法作为内部核能和计费的经验方程来使用QCT方法进行碰撞计算。 DSMC方法基于鸟类的NTC方法。由于QCT方法没有考虑到量子力学对过渡的影响，因此发现在平移温度低的区域中，振动弛豫率被低估了。通过在过渡时考虑这种效果，实验获得了良好的一致性。此外，使用旋转过渡速率的实验值进行准确性验证。完成上述模型验证后，在2000至80,000 K的平移温度范围内进行了分析，以确定在高温下放松参数。结果，可以通过纠正旋转弛豫模型的常规Parker模型来将缓解模型扩展到约80,000K，并且高温范围的振动弛豫模型比以前认为的速度稍快，并通过恒定的碰撞模型引入恒定的碰撞模型。