Non-Equilibrium Reacting Gas Flows: Kinetic Theory of Transport and Relaxation Processes

در مقاله حاضر، نظریه جنبشی پدیده‌های انتقال و فرآیندهای آرامش را در جریان‌های مخلوط‌های گازی واکنش‌دهنده توسعه می‌دهیم و کاربردهای آن را در شرایط شدیداً غیرتعادلی مورد بحث قرار می‌دهیم. توجه اصلی بر تأثیر سینتیک غیرتعادلی بر دینامیک گاز و خواص انتقال متمرکز است. سیستم های بسته معادلات دینامیک سیالات از معادلات جنبشی در رویکردهای مختلف به دست می آیند. ما دقیق‌ترین رویکرد را با در نظر گرفتن سینتیک حالت به حالت در یک جریان و همچنین مدل‌های چند دما و یک دما بر اساس توزیع‌های شبه ثابت در نظر می‌گیریم. در این رویکردها، ما الگوریتم‌هایی را برای محاسبه ضرایب انتقال و ضرایب سرعت واکنش‌های شیمیایی و تبادل انرژی در جریان‌های غیرتعادلی پیشنهاد می‌کنیم. تکنیک‌های توسعه‌یافته بر اساس اصول نظریه جنبشی بنیادی است. این تئوری برای مدل‌سازی جریان‌های غیرتعادلی در پشت امواج ضربه‌ای قوی، در لایه مرزی و در نازل‌ها اعمال می‌شود. مقایسه نتایج به‌دست‌آمده در چارچوب رویکردهای مختلف ارائه می‌شود، مزایای مدل جنبشی حالت به حالت جدید مورد بحث قرار می‌گیرد، و محدودیت‌های اعتبار برای مدل‌های ساده شده تعیین می‌شود.

کتاب می تواند برای دانشمندان و دانشجویان فارغ التحصیل که روی دینامیک گازهای فیزیکی، آیروترمودینامیک، انتقال گرما و جرم، سینتیک فیزیکی-شیمیایی غیرتعادلی، و نظریه جنبشی گازها کار می کنند، جالب باشد.

In the present monograph, we develop the kinetic theory of transport phenomena and relaxation processes in the flows of reacting gas mixtures and discuss its applications to strongly non-equilibrium conditions. The main attention is focused on the influence of non-equilibrium kinetics on gas dynamics and transport properties. Closed systems of fluid dynamic equations are derived from the kinetic equations in different approaches. We consider the most accurate approach taking into account the state-to-state kinetics in a flow, as well as simplified multi-temperature and one-temperature models based on quasi-stationary distributions. Within these approaches, we propose the algorithms for the calculation of the transport coefficients and rate coefficients of chemical reactions and energy exchanges in non-equilibrium flows; the developed techniques are based on the fundamental kinetic theory principles. The theory is applied to the modeling of non-equilibrium flows behind strong shock waves, in the boundary layer, and in nozzles. The comparison of the results obtained within the frame of different approaches is presented, the advantages of the new state-to-state kinetic model are discussed, and the limits of validity for simplified models are established.

The book can be interesting for scientists and graduate students working on physical gas dynamics, aerothermodynamics, heat and mass transfer, non-equilibrium physical-chemical kinetics, and kinetic theory of gases.