В журнале Physics of Fluids опубликовали результаты новой работы российских ученых: они создали математическую модель, способную точно описывать поведение плазмы и разреженных газов вблизи поверхности твердых тел.
Особенно актуальным становится детальное моделирование при проектировании передовых технологичных устройств, например, космических аппаратов, спускаемых в атмосферы различных планет, ракетных двигателей и вакуумных установок. Наша модель может эффективно применяться в этих вопросах и при этом не требует больших вычислительных затрат.
Новая математическая модель избавлена от недостатков прошлых подобных разработок. Так, она учитывает гораздо больше важных процессов, в том числе эффект проскальзывания газов и то, как ионы и атомы в этих газах взаимодействуют друг с другом внутри потока, а также вступают в реакции с поверхностью твердых тел.
Используя новую модель, ученые просчитали характер взаимодействия воздуха с поверхностью из кварца (его часто используют для создания теплозащитных материалов). Расчеты показали, что в процессе торможения на высоте в 85 км выделяется примерно на 25% меньше тепла, чем на то указывают результаты расчетов при помощи других математических моделей.
Эти данные помогут конструкторам космических кораблей, возвращаемых капсул и прочих систем, испытывающих высокие тепловые нагрузки, подобрать оптимальную толщину, форму и другие свойства теплозащиты.