неравновесное течение

НЕРАВНОВЕСНОЕ ТЕЧЕНИЕ - течение гомогенной или гетерогенной смеси, в к-рой происходят неравновесные физ--хим. процессы. К числу наиб. часто встречающихся неравновесных процессов относятся неравновесное возбуждение внутр. степеней свободы молекул, неравновесное протекание реакций диссоциации, рекомбинации и ионизации, неравновесная конденсация или испарение, неравновесное движение и теплообмен жидких или твёрдых частиц в газе и т. д. Н. т. имеет место, когда время физ--хим. процесса сравнимо с характерным газодинамич. временем.

Н. т. наблюдается при обтекании тел, течении в струях и соплах, особенно при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Напр., хим. реакции в соплах реактивных двигателей протекают неравновесно, поскольку характерное время реакций сравнимо с временем прохождения объёма газа через сопло.

Предельными случаями Н. т. являются равновесное и замороженное. В равновесном течении характерное время физ--хим. процесса много меньше характерного газодинамич. времени, т. е. принимается, что физ--хим. процессы происходят мгновенно. В замороженном течении, наоборот, время протекания физ--хим. процесса много больше характерного газодинамич. времени, т. е. за характерное время перемещения объёма среды химической реакции или физического превращения не успевают совершиться.

При равновесном течении термодинамич. и газодинамич. параметры определяются с привлечением соотношений термодинамики равновесных процессов. Так, концентрации реагирующих компонент в таких течениях определяются из закона действующих масс, энергия колебат. степеней свободы вычисляется по ф-ле Эйнштейна, парциальные давления конденсирующихся компонент - по Клапейрона - Клаузиуса уравнению, а скорости и темп-pa частиц, присутствующих в газе, принимаются равными скорости и темп-ре газа.

В замороженном течении сохраняются неизменными молярные доли хим. компонент, энергия колебат. степеней свободы, скорости и темп-ры частиц, а процессы конденсации и кристаллизации не происходят.

Н. т. является неизоэнтропическим, в отличие от изо-энтропических равновесного и замороженного течений. Отмеченные выше неравновесные процессы проявляются при высокоскоростных и высокотемпературных течениях газа в соплах реактивных двигателей и аэродина-мич. труб, соплах газодинамич. и хим. лазеров, соплах МГД-генераторов, в двигателях внутр. сгорания. Газодинамич. и термодинамич. параметры при Н. т., как правило, являются промежуточными между параметрами равновесного и замороженного течения. Характерный пример Н. т. - течение в соплах при неравновесном протекании хим. реакций. В этом случае из-за того, что хим. энергия в Н. т. выделяется не полностью и частично не передаётся в активные степени свободы и энергию поступат. движения молекул, темп-pa, скорость, давление и поток импульса в Н. т. меньше, чем в равновесном (но больше, чем в замороженном). Наиб. отличие наблюдается в темп-ре и давлении (иногда на десятки процентов), значительно меньше в скорости и потоке импульса. Плотность смеси слабо зависит от характера протекания процесса. Аналогичное поведение параметров наблюдается и при протекании др. неравновесных процессов в соплах.

Для матем. описания Н. т. используется система диф-ференц. ур-ний газовой динамики, к-рая дополняется т. н. релаксационными (кинетическими) ур-ниями, описывающими исследуемый неравновесный процесс. Так, для описания течений с неравновесными хим. реакциями используются ур-ния хим. кинетики с соответствующей системой реакций и констант скоростей реакций; для течений с колебат. релаксацией - ур-ния для нахождения энергии разл. возбуждённых колебат. мод с соответствующими временами релаксации; для течений с неравновесной конденсацией - ур-ния нуклеации и ур-ния роста зародышей (ф-лы Максвелла или Кнудсе-на); для двухфазных течений с жидкими или твёрдыми частицами - ур-ния движения и теплообмена частиц с соответствующими коэф. сопротивления и теплообмена. Лит.: Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник, т. 1 -10, М., 1971; Пиру-мов У. Г., Росляков Г. С., Течения газа в соплах, М., 1978. У. Г. Пирумов.

   <<      Предметный указатель      >>