Ученые 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 разработали математическую модель, позволяющую оптимизировать проектирование теплозащиты космических аппаратов
Механики Санкт‑Петербургского университета разработали математическую модель, учитывающую неравновесные процессы, происходящие при высоких скоростях в потоке газа и на поверхности. Данная модель может быть использована для детального моделирования взаимодействия газа с поверхностью космического аппарата, что крайне важно при проектировании его тепловой защиты.
В?неравновесном течении газовой смеси микроскопические процессы, связанные с?взаимодействиями молекул (перераспределение внутренней энергии, химические реакции, ионизация), происходят в?том?же масштабе времени, что и?изменения гидродинамических параметров (скорости, давления, температуры). Это?происходит при?высоких скоростях и?температурах газа. Ученые во?всем мире изучают эти?процессы.
Результаты исследования опубликованы в?научном журнале Physics of?Fluids.
Еще более интересные явления происходят при?взаимодействии неравновесного разреженного газа с?поверхностью твердого тела. Когда газ находится вблизи поверхности, скорость и?температура могут сильно отличаться от?значений в?объеме газа из?за низкой плотности. Это?называется ?эффектом скольжения? и?отражает физическое взаимодействие газа с?твердой поверхностью. Поверхность тела также может действовать как катализатор, влияя на?энергетические состояния частиц и?протекающие химические реакции. Эти?воздействия существенно влияют на?состав смеси и?передачу тепла и?массы.
В?рамках нашего исследования была разработана математическая модель, учитывающая неравновесные процессы в?газе и?на?поверхности: адсорбцию/десорбцию, возбуждение и?дезактивацию колебательных степеней свободы, гетерогенные химические реакции.
Заведующая кафедрой гидроаэромеханики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 Елена Кустова
?Это?позволило детально описать динамику и?кинетику разреженного неравновесного газа вблизи поверхности твердых тел. Главной особенностью полученных граничных условий является способность корректно интерпретировать эффекты физического взаимодействия газа с?поверхностью тела и?учитывать влияние межфазных гетерогенных химических реакций?,?— рассказала заведующая кафедрой гидроаэромеханики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 Елена Кустова.
Учет данных эффектов чрезвычайно важен в?ряде практических задач. Например, связанных с?входом спускаемых космических аппаратов в?атмосферы планет, исследованием сверхзвуковых потоков в?соплах наземных аэродинамических установок и?ракетных двигателей, анализом газовых потоков в?микроканалах, используемых в?микроэлектронике и?вакуумных установках. Модель может быть использована для?проектирования тепловой защиты космических аппаратов. В?частности, уменьшение слоя тепловой защиты спускаемого аппарата открывает перспективы для?увеличения его полезной нагрузки.
Санкт?Петербургский государственный университет?— первый университет России был основан 28?января (8?февраля) 1724?года, когда Петр I?издал указ об?учреждении Университета и?Российской академии наук. Сегодня 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入?— научный, образовательный и?культурный центр мирового уровня. В?2024 году Санкт?Петербургский университет отметит свой 300?летний юбилей.
План мероприятий в?рамках празднования юбилея Университета был утвержден на?заседании оргкомитета по?празднованию 300?летия 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, который провел заместитель председателя Правительства РФ?Дмитрий Чернышенко. Среди таких мероприятий?— присвоение малой планете имени в?честь 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, выпуск банковских карт со?специальным дизайном, создание почтовых марок, посвященных истории первого университета России, брендирование самолета авиакомпании ?Россия? и?многое другое. Кроме того, Университет запустил сайт, посвященный предстоящему празднику, с?информацией о?выдающихся универсантах, научных достижениях и?подробностях подготовки к?юбилею.
Модель была протестирована на?примере исследования течения газа вблизи спускаемого аппарата с?поверхностью из?диоксида кремния в?атмосфере Земли. Результаты показали, что влияние разреженности является более важным для?предсказания свойств течения по?сравнению с?влиянием химических реакций на?низкоактивной поверхности. Тепловой поток у?стенки аппарата, рассчитанный по?новой модели, на?высоте 85?км оказался примерно на?25?% ниже, чем при?использовании стандартных граничных условий.
Работа выполнена в?рамках гранта Российского научного фонда ?Экспериментальное и?теоретическое исследование сверхзвуковых течений газов с?плазменными образованиями?.