高温非平衡双原子气体热物性计算方法及数据库生成方法技术

本发明专利技术公开了一种高温非平衡模型的双原子气体热物性计算方法及数据库生成方法。首先根据振动

【技术实现步骤摘要】
高温非平衡双原子气体热物性计算方法及数据库生成方法


[0001]本专利技术涉及计算空气动力学
，具体涉及一种高温非平衡双原子气体热物性计算及数据库生成方法。

技术介绍

[0002]高空高速流场的高精度模拟对新型高速飞行器设计、通讯中断预测和未来载人航天器发展有重要意义。真实气体效应和非平衡性是高空高速流动的两大特征，为提升流场模拟精度，有效描述非平衡过程的物理模型和可靠的高温气体数据缺一不可。
[0003]在非平衡物理模型方面，经过近40余年的发展，目前建立了描述化学非平衡过程的有限速率化学反应模型，如Park模型、Gupta模型等；描述热非平衡过程的多温度模型，如双温度模型、三温度模型和四温度模型等。尽管现有研究表明，考虑电子能非平衡效应可以提高等离子体流场预测精度、转动非平衡现象在平动温度大于约12000K后凸显，但受限于缺乏可靠高温非平衡气体热物性数据，特别是高温非平衡双原子气体热物性数据，目前工程实践中仅有双温模型得到了广泛的应用。
[0004]区别于仅激发平动和转动两种能量模态的低温气体，高温双原子气体最多能激发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温非平衡双原子气体热物性计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1根据双原子分子振动
‑
转动耦合能量在转动模态和振动模态间分配假设，以及双原子分子在电子、振动和转动模态上能级分布概率分别符合玻尔兹曼分布假设，建立基于配分函数的高温非平衡气体模型；S2根据双原子分子振动能和转动能之和小于分子最小离解能准则，确定双原子分子振动能级和转动能级范围；S3 T
el
、T
vib
和T
rot
分别为双原子分子电子温度、振动温度和转动温度，在模态解耦假设T
el
≈T
vib
≈T
rot
的条件下，根据高温非平衡气体模型及双原子分子振动能级和转动能级范围，导出仅包含单一温度变量的非平衡双原子气体电子、振动和转动模态比热计算式。2.根据权利要求1所述的一种高温非平衡双原子气体热物性计算方法，其特征在于，所述步骤S1中建立的基于配分函数的高温非平衡气体模型如下：其中Q
int
是分子内能配分函数，σ是分子对称常数，n、v、J是电子、振动和转动量子数，和分别是电子能、振动能、转动能和振动
‑
转动耦合能，g
n
是能级简并度，k
Bol
是玻尔兹曼常数，f为耦合能量分配控制参数，由振动温度T
vib
、转动温度T
rot
和振动特征温度确定，取值范围为0～1：ε0是零点能；n
max
，v
max,n
和J
max,n,v
分别为最大电子能级，最大振动能级和最大转动能级。3.根据权利要求2所述的一种高温非平衡双原子气体热物性计算方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤如下：S1.1将双原子分子振动
‑
转动能分为三部分：只受振动模态影响部分，即振动能只受转动模态影响部分，即转动能和同时受转动模态和振动模态影响部分，即振动
‑
转动耦合能耦合能耦合能耦合能其中，h
Plk
为普朗克常数，c为光速，ω
e,n
、ω
e,n
x
e,n
、ω
e,n
y
e,n
、ω
e,n
z
e,n
、α
e,n
、β
e,n
、B
e,n
、D
e,n
为经由实验测量或理论计算确定的双原子分子光谱常数；S1.2根据双原子分子振动
‑
转动耦合能量在转动模态和振动模态间分配假设引入取值
范围0～1的耦合能量分配控制参数f，将分为和两部分，分别分配到振动模态和转动模态中，得到新的振动能与新的转动能与新的转动能与新的转动能其中，耦合能量分配控制参数S1.3根据双原子分子在电子、振动和转动模态上能级分布概率分别符合玻尔兹曼分布假设，以及步骤S1.2所得新的振动能与新的转动能建立基于配分函数的高温非平衡气体模型。4.根据权利要求1所述的一种高温非平衡双原子气体热物性计算方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：S2.1根据双原子分子内势能函数确定转动量子数上界J
lim.n
；S2.2根据双原子分子内势能函数，在0≤J<J
lim
范围内确定分子最小解离能S2.3求解所有满足双原子分子振动、转动能之和小于分子最小离解能准则的振动量子数v和转动量子数J组合，即振动能级和转动能级范围，即最大振动能级v
max,n
和最大转动能级J
max,n,v
。5.根据权利要求4所述的一种高温非平衡双原子气体热物性计算方法，其特征在于，所述步骤S2.1中，根据双原子分子内势能函数在极值点处一阶导数为零的性质，得到如下方程，转动量子数上界J
lim.n
为使如下方程无解的最小整数：其中，为转动能基态J＝0分子离解所需的最小能量，μ为双原子分子折合质量，r为组成双原子分子的原子间距离，r
e,n
为J＝0对应势能曲线最低点的r，h
Plk
为普朗克常数，c为光速，ω
e,n
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周靖云，苗文博，程晓丽，艾邦成，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：