微視的解析手法による水素の熱化学モデル構築

使用显微分析方法构建氢的热化学模型

基本信息

批准号：
18760136
负责人：
松山新吾
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Japan Aerospace Exploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

木星などの外惑星大気への大気圏突入では,突入速度が非常に高いため,空力加熱の大部分が衝撃波背後の高温気体から放射される輻射によるものである。輻射の放射・吸収過程は,原子・分子の内部エネルギー状態,電子密度,電子温度に大きく依存するため,衝撃層内部の熱化学過程を精度良く評価することが必要である。しかしながら,木星大気の主成分である水素に関しては熱化学モデルが十分に確立されておらず,従来は熱化学平衡流を仮定した計算が行われるのみで,モデル化の不足が指摘されていた。本研究の目的は,水素大気に対する熱化学非平衡モデルを構築することである。本年度は,昨年度までに構築した熱化学非平衡流コード(水素分子のエネルギー緩和過程を考慮し,さらに,遷移レート方程式を輻射輸送と同時に解くことで水素原子の電離速度を計算可能)をさらに発展させ,衝撃波上流で生じる光電離のモデルをコードに組み込み,より現実的な流れ場の予測が出来るように改良を施した。改良したコードにより木星大気圏突入時のシミュレーションを実施し,非平衡性が空力加熱予測に及ぼす影響について調査を行った。その結果,高高度・低密度の条件において非平衡性を無視した場合,輻射加熱の誤差が最大で25%に達することが明らかになった。本研究において開発した輻射輸送の効率的計算手法は,土星の衛星であるタイタンの大気圏突入問題に対しても適用され,空力加熱予測において輻射輸送の三次元性を考慮することが重要であることを示した。

在大气进入木星等系外行星的大气层时，进入速度非常高，大部分气动加热是由于冲击波后面的热气体发出的辐射造成的。由于辐射发射和吸收过程很大程度上取决于原子和分子的内部能量状态、电子密度和电子温度，因此有必要准确评估激波层内部的热化学过程。然而，作为木星大气主要成分的氢的热化学模型尚未充分建立，传统的计算仅在假设热化学平衡流的情况下进行，并且有人指出模型的不足。本研究的目的是构建氢气氛的热化学非平衡模型。本财年，我们将进一步开发热化学非平衡流动代码（考虑了氢分子的能量弛豫过程，可以通过在辐射输运的同时求解跃迁速率方程来计算氢原子的电离率）我们去年建立的冲击波上游发生的光电离模型已纳入代码中，并进行了改进以实现更真实的流场预测。使用改进的代码，我们对木星进入大气层进行了模拟，并研究了非平衡对气动加热预测的影响。结果表明，在高海拔、低密度条件下，忽略非平衡时，辐射加热的误差高达25%。本研究开发的辐射传输的高效计算方法也应用于进入土星卫星泰坦大气层的问题，并且在气动加热预测中考虑辐射传输的三维性非常重要。