Вычисление коэффициентов переноса многокомпонентного газа и плазмы




В работе приведены уравнения переноса и входящие в эти уравнения коэффициенты переноса - вязкость, теплопроводность, электропроводность, коэффициенты, характеризующие диффузионные и термодиффузионные свойства компонент. Приведены формулы для расчета коэффициентов переноса с учетом высших приближений метода Чепмена-Энскога и результаты расчетов для различных газов (воздух, углекислый газ, аргон) в широком диапазоне давления (0.0001 - 100 атм) и температуры (300 - 20 000 K). Для химически равновесной смеси приведена компактная форма записи уравнений переноса и формулы для эффективных коэффициентов, учитывающих вклад равновесных химических реакций, с учетом высших приближений. Исследуется сходимость коэффициентов переноса и эффективных коэффициентов с увеличением номера приближения. Дано краткое описание моделей потенциалов взаимодействия частиц и интегралов столкновений, использованных при расчете коэффициентов переноса.


1. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: ИЛ. 1963.
2. Ферцигер Дж., Капер Г. Математическая теория процессов переноса в газах. - М.: Мир, 1976.
3. Devoto R.S. Transport properties of ionized monoatomic gases. Physics of Fluids, 1966, v.9, N.6, pp.1230-1240.
4. Колесников А.Ф., Тирский Г.А. Уравнения гидродинамики для частично ионизованных многокомпонентных смесей газов с коэффициентами переноса в высших приближениях. В сб.: Молекулярная газодинамика. - М.: Наука. 1982. c.20-44.
5. Суслов О.Н., Тирский Г.А., Щенников В.В. Описание химически равновесных течений многокомпонентных ионизованных смесей в рамках уравнений Навье-Стокса и Прандтля. Журнал Прикладной Механики и Технической Физики. 1971. №1. с.73-89.
6. Васильевский С.А., Соколова И.А., Тирский Г.А. Точные уравнения и коэффициенты переноса для многокомпонентной смеси газов и частично ионизованной плазмы. Журнал прикладной механики и технической физики. 1984. №4. с. 15-24.
7. Васильевский С.А., Соколова И.А., Тирский Г.А. Определение и вычисление эффектив-ных коэффициентов переноса для химически равновесных течений частично диссоциированных и ионизованных смесей газов. Журнал Прикладной Механики и Технической Физики. 1986. №1. с.68-79.
8. Соколова И.А., Тирский Г.А. Обобщенный закон Ома частично ионизованных многокомпонентных смесей химически реагирующих газов. В сб.: Избранные вопросы современной механики, ч.1. - М.: Изд-во МГУ. 1981. с. 91-109
9. Соколова И.А. Свойства молекулярного переноса в задачах теплообмена и газовой дина-мики. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ / ТФЦ. - М.: ИВТАН. 1992, № 2 (94).
10. Васильевский С.А., Ефимова Л.Г., Колесников А.Ф., Соколова И.А., Тирский Г.А. Расчет коэффициентов переноса в многокомпонентной плазме в высших приближениях. Эффект разделения элементов в химически и ионизационно равновесной плазме. Отчет № 2427 Института механики МГУ. М, 1980.
11. Васильевский С.А. Расчет течения и теплопередачи в окрестности оси симметрии затуп-ленного тела с учетом диффузии элементов и высших приближений для коэффициентов переноса. В сб.: Современные газодинамические и физико-химические модели гиперзву-ковой аэродинамики и теплообмена. ч.1. / Ред. Л.И.Седова М., Издательство МГУ, 1994. с.30-44.
12. Rini, P. and Degrez, G. Elemental demixing in air and carbon dioxide stagnation line flows. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, vol. 18, No. 4, 2004, pp. 511-518.
13. P. Rini, D. Vanden Abeele and G. Degrez. Elemental demixing in inductively coupled air plasmas at high pressures. AIAA Paper 2004-2461.
14. Гордеев О.А., Калинин А.П., Комов А.Л., Люстерник В.Е., Самуйлов Е.В., Соколова И.А., Фокин Л.Р. Потенциалы взаимодействия, упругие сечения, интегралы столкновений компонентов воздуха для температур до 20000 К. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ / ТФЦ. - М.: ИВТАН. 1985, № 5 (55).
15. Герасимов Г.Я., Калинин А.П., Люстерник В.Е., Самуйлов Е.В., Соколова И.А., Фо-кин Л.Р., Цителаури Н.Н., Щевелева Н.А. Интегралы столкновений, потенциалы атом-молекулярных и ион-молекулярных взаимодействий компонентов воздуха до 20000 К. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ / ТФЦ. - М.: ИВТАН. 1987, № 5 (67).
16. Соколова И.А. Моделирование молекулярного переноса многокомпонентных газов и плазмы. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. М., Институт математического моделирования РАН, 1992.
17. Gaydaenko V.I., Nikulin V.K. Born-Mayer interatomic potentials for atoms with Z=2 to Z=36. Chem. Phys. Lett. 1970. v.7, N3, pp.360-362.
18. Itikawa J. Momentum transfer cross sections for electron collisions with atoms and molecules revision and supplement. Atomic data and nuclear data tables, 1978, v.21, N 1, p.69-75.
19. Hayashi M. Recommended values of transport cross sections for elastic collisions and total col-lision cross section for electrons in atomic and molecular gases. Report IPPJ AM. 1981.
20. Соколова И.А. Коэффициенты переноса и интегралы столкновений воздуха и его компо-нент. В сб.: Физическая кинетика. ИТПМ СО АН СССР: Новосибирск, 1974, с.39-104.
21. Соколова И.А., Тирский Г.А. Расчет и аппроксимации интегралов столкновений компо-нентов смесей, содержащих атомы O, H, C, N, F, Na, S, Si и их соединения. Отчет Инсти-тута механики МГУ, 1983, № 2857.
22. Соколова И.А., Тирский Г.А. Свойства молекулярного переноса диссоциированных и ионизованных газов. Журнал Прикладной Механики и Технической Физики. 1988. №3. с.14-28.
23. Соколова И.А. Процессы резонансного обмена в транспортных свойствах низкотемпера-турной плазмы. Математическое моделирование. 1989. том 1. № 3. с. 84-99.
24. Devoto R.S. Transport coefficients of partially ionized argon. Physics of Fluids, 1967, v.10, N.2, pp.354-363.
25. Термодинамические свойства индивидуальных веществ /ред. В.П.Глушко. - М.: Наука, 1978-1982.
26. Андриатис А.В., Соколова И.А. Кислород. Транспортные и термодинамические свойства. Журнал Математическое моделирование. 1994. том 6. № 10. с. 88-128.
27. Андриатис А.В., Соколова И.А. Двуокись углерода. Транспортные и термодинамические свойства. Журнал Математическое моделирование. 1995. том 7. № 2. с. 89-125.
28. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное моделирование течений равновесной индукционной плазмы в цилиндрическом канале плазмотрона. Изв. РАН. МЖГ. 2000, № 5, с. 164-173.
29. Васильевский С.А., Жлуктов С.В., Соколова И.А., Тирский Г.А. Приближенные формулы для коэффициентов переноса диссоциированного и ионизованного воздуха и их исследование в задачах гиперзвуковой аэродинамики и теплообмена. Отчет №3359 Института механики МГУ. М, 1986.
30. Асиновский Э.Н., Шабашов В.И. Экспериментальное исследование коэффициентов электропроводности и теплопроводности плазмы воздуха. Теплофизика высоких температур. 1969. т.7, №2. с.217-222.
31. Асиновский Э.Н., Пахомов Е.П. Анализ экспериментальных данных по вязкости газов в области высоких температур. Теплофизика высоких температур. 1970. т.8, №4. с.890-896.
32. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972.
33. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов А.Л., Тоцкий Е.Е. Теплопроводность жид-костей и газов. Справочные данные. - М.: Изд-во стандартов, 1978.
34. Uribe F.J. Mason E.A., Kestin J. A correlation scheme for the thermal conductivity of polya-tomic gases at low density. Physica A, 1989, v.156, N 1, p 467-491.
35. Диоксид углерода. Коэффициенты вязкости, теплопроводности и число Прандтля разре-женного газа в диапазоне температур 150...2000 К / Таблицы справочных стандартных данных. ГСССД 101-86. - М. : Изд-во стандартов, 1986.
36. Асиновский Э.Н., Низовский В.Л., Шабашов В.И. Измерение коэффициентов электро-проводности и теплопроводности плазмы воздуха и углекислого газа при помощи стаби-лизированной электрической дуги. Теплофизика высоких температур. 1971. т.9, №1. с.37-41.