[发明专利]流场模型中不同温度下碰撞频率的计算方法

摘要

本发明公开了一种流场模型中不同温度下碰撞频率的计算方法，采用7组分的Park‑85空气化学反应模型以及双温模型，对高超声速飞行器周围流场进行仿真，得到各流场节点位置的坐标及相应位置的粒子数密度及电子温度分布数据；对各组分不同电子伏能量下对应的动量转移截面图提取数据得到各组分不同电子伏能量下的动量转移截面数据；绘制各组分动量转移截面图，并进行多项式拟合；通过得到的中性粒子的动量转移截面和电子温度、各组分粒子数密度，得到流场对应位置的电子与中性粒子的碰撞频率。使得实际计算等离子体碰撞频率的过程中，过程更加快速、高效、准确。

主权项

1.一种流场模型中不同温度下碰撞频率的计算方法，其特征在于，采用7组分的Park‑85空气化学反应模型以及双温模型，然后按照以下步骤进行：

步骤1，采用流场仿真软件对高超声速飞行器周围流场进行仿真，得到各流场节点位置的坐标及相应位置的粒子数密度及电子温度分布数据；

步骤2，对各组分不同电子伏能量下对应的动量转移截面图提取数据得到各组分不同电子伏能量下的动量转移截面数据；

步骤3，绘制步骤2中各组分动量转移截面图，并进行多项式拟合得到表达式(1)‑(4)：

其中，x表示电子能量，且其跟电子温度T_e的关系为x＝T_e/11605，σ_e,O，σ_e,NO分别为N₂，O₂，O，NO粒子的动量转移截面；

步骤4，对N原子的动量转移截面采用公式(5)计算；

σ_e,N＝e^1.6094,1000K<T<30000K   (5)

其中σ_e,N为N原子的动量转移截面，T为平动温度；

步骤5，通过得到的N₂，O₂，O，NO，N中性粒子的动量转移截面和步骤1中得到的电子温度、各组分粒子数密度，结合公式(6)得到流场对应位置的电子与中性粒子的碰撞频率；

其中，υ_c为等离子体碰撞频率，υ_e,s为电子与中性粒子的碰撞频率，n_m为中性粒子数密度，σ_e,i为中性粒子组分i与电子的动量转移截面，k为玻尔兹曼常数，m_e为电子质量。

2.根据权利要求1所述的流场模型中不同温度下碰撞频率的计算方法，其特征在于，所述步骤1中，流场仿真软件采用CFD‑FASTRAN。

3.根据权利要求1所述的流场模型中不同温度下碰撞频率的计算方法，其特征在于，所述步骤2中，采用GetData软件提取各组分动量转移截面数据。

4.根据权利要求1所述的流场模型中不同温度下碰撞频率的计算方法，其特征在于，所述步骤3中，采用Matlab软件拟合步骤2中各组分动量转移截面数据，并采用拟合后的公式计算碰撞频率。