Ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали математическую модель, которая поможет оптимизировать теплозащиту космических аппаратов, а также будет применена в ряде других высокотехнологичных областей. Модель позволяет рассчитать параметры трения твердого тела о газовую среду, сообщили RT в пресс-службе университета.
Математическая модель учитывает неравновесные (меняющиеся) процессы, которые протекают при трении потоков газа о поверхность быстро движущегося тела. В такой системе могут быстро меняться как химические, так и физические параметры — к примеру, может происходить ионизация газа и химические реакции между его молекулами, а также меняться температура и давление.
С помощью созданной учеными модели конструкторы смогут рассчитать изменения физических параметров при движении твердого тела в разреженном газе — в этом случае наблюдаются так называемый эффект скольжения. Это означает, что вблизи поверхности твердого тела температура и скорость газовых потоков меняются. Кроме того, поверхность движущегося объекта может выступать в роли катализатора, провоцируя молекулы газа вступать в химические реакции друг с другом.
Все эти эффекты заметно влияют как на состав газа, так и на передачу тепла и массы. Также модель учитывает такие явления, как адсорбция и десорбция на поверхности тела, и другие.
«Это позволило детально описать динамику и кинетику разреженного неравновесного газа вблизи поверхности твердых тел. Главными особенностями полученных граничных условий (применимых на практике. — RT) являются способность корректно интерпретировать эффекты физического взаимодействия газа с поверхностью тела и учитывать влияние межфазных гетерогенных химических реакций», — пояснила RT заведующая кафедрой гидроаэромеханики СПбГУ Елена Кустова.
Двигатели РД-180 и РД-171 в музее НПО «Энергомаш». Источник: РИА Новости/Илья Питалев
Ученые уже протестировали свою разработку, уточнив с ее помощью параметры течения разреженного газа вблизи спускаемого космического аппарата с покрытием из диоксида кремния. Новые расчеты показали, что тепловой поток у стенки аппарата на высоте 85 км будет примерно на четверть меньше, чем показывали стандартные расчеты.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
