Dissertação

{pt_PT=State-to-state modelling of high-speed nitrogen shocked flows} {} EVALUATED

{pt=As condições de não-equilíbrio que se obtêm ao sujeitar-se um gás de N2 a uma onda de choque foram quantificadas usando modelos estado-para-estado vibrónicos. O modelo do Oscilador Harmónico Forçado foi implementado no cálculo de taxas de transição vibracional e dissociação de N2 e N2+ por impacto com espécies pesadas. Taxas de dissociação termal de N2(X) foram obtidas, revelando uma boa concordância com recentes resultados experimentais. Ajustando-se a curva que representa uma lei do tipo "exponencial de hiato energético" a valores experimentais para as taxas de várias transições vibrónicas de N2, foram obtidas discrepâncias de até uma ordem de grandeza. Os disparos 19, 20 e 40 da campanha n.º 62 do tubo de choque EAST foram simulados usando o código SPARK. Os valores experimentais das variáveis de radiação foram subestimados por uma a duas ordens de grandeza pelos numéricos. Testes de sensibilidade quanto às taxas cinéticas mostraram ser ineficazes na obtenção de uma concordância razoável entre os dois resultados. As simulações permitiram descrever corretamente a forma dos perfis de intensidade radiativa obtidos no disparo de reduzida velocidade, mas não a dos obtidos nos de velocidade superior devido à ocorrência de patamares procedendo picos que não foram reproduzidos numericamente. Encontrou-se uma forte evidência das discrepâncias terem resultado da não modelação do efeito precursor, transferência de calor por radiação entre o gás de alta pressão (assim como o arco eléctrico) e o gás-teste, e/ou condução de calor devido ao plasma a jusante ter estado sujeito a uma onda de choque mais forte., en=The conditions of thermal, chemical and radiative non-equilibrium attained in a pure N2 gas subjected to a strong shock wave were quantified using vibronic-specific state-to-state models. The Forced-Harmonic-Oscillator model was employed in the computation of rate coefficients for vibrational transition and dissociation of N2 and N2+ by heavy particle impact. Thermal dissociation rate coefficients of N2(X) were obtained and compared with state-of-the-art experimental results, showing a good agreement. By fitting the curve that represents an exponential gap law to experimentally obtained values for rate coefficients values of several vibronic transitions of N2 reported in the literature, discrepancies of as much as one order of magnitude were obtained. Shots 19, 20 and 40 of the test 62 of the Ames Electric Arc Shock Tube (EAST) were simulated using the SPARK code. The experimental radiation variables were underestimated by one to two orders of magnitude by the ones obtained in Euler one-dimensional simulations. And sensitivity tests performed on the rate coefficients were not successful in getting a reasonable agreement. The shape of the radiative intensities profiles of the low speed shot was correctly predicted, but not the ones of the higher speed shots which revealed non-null plateaus proceeding peaks. These plateaus were not predicted at all. Strong evidence was found for such discrepancies resulting from the non-modelling of the precursor phenomena, the absorption of radiation emitted by the driver gas and the electric arc, and/or the conduction of heat due to downstream plasma being subjected to a stronger shock wave.}
{pt=Entrada atmosférica, Aerotermodinâmica, Plasma de azoto, Estado-para-estado, Radiação, Tubo de choque, en=Atmospheric entry, Aerothermodynamics, Nitrogen plasma, State-to-state, Radiation, Shock tube}

Julho 22, 2021, 10:0

Orientação

ORIENTADOR

Mário António Prazeres Lino da Silva

Departamento de Física (DF)

Professor Auxiliar Convidado