Влияние колебательной релаксации на развитие возмущений в ударном слое на пластине

Проведено расчетно-экспериментальное исследование влияния возбуждения колебательных степеней свободы молекул на среднее течение и развитие возмущений в гиперзвуковом (M = 6–14) вязком ударном слое на пластине, обтекаемой потоками воздуха, углекислого газа и их смесей при высоких температурах торможения (2000–3000 K). Эксперименты по измерению характеристик среднего течения и пульсаций давления на поверхности пластины проведены в импульсной аэродинамической трубе ИТ-302М ИТПМ СО РАН. Численное моделирование производилось в рамках модели термически совершенного газа с помощью пакета ANSYS Fluent на базе решения нестационарных двумерных уравнений Навье–Стокса. Введение в расчетную область возмущений внешнего потока в виде плоских монохроматических акустических волн проводилось с помощью встраиваемых в расчетный код модулей UDF. Показано, что возбуждение колебательных степеней свободы молекул углекислого газа значительно влияет на положение головной ударной волны и приводит к увеличению интенсивности возмущений по сравнению с воздухом, в котором при таких же параметрах набегающего потока доля колебательно возбужденных молекул мала. Влияние возбуждения колебательных степеней свободы исследовано как для равновесного случая, так и для случая колебательно неравновесного газа. Для моделирования неравновесности колебательных степеней свободы использовалась двухтемпературная модель релаксационных течений, где изменение колебательной энергии от времени моделируется уравнением Ландау–Теллера с учетом конечного времени энергообмена между колебательными и поступательно-вращательными степенями свободы молекул. Показано, что колебательная неравновесность оказывает демпфирующее влияние на развитие возмущений.