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Modeling of Chemical Reactions in Rarefied Gas Flows by the Kinetic Fokker-Planck Method

Basov, Leo und Oblapenko, Georgii und Grabe, Martin (2023) Modeling of Chemical Reactions in Rarefied Gas Flows by the Kinetic Fokker-Planck Method. In: DSMC 2023 Conference. DSMC 2023 Conference, 2023-09-24 - 2023-09-27, Santa Fe, New Mexico, USA.

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18kB

Offizielle URL: https://www.sandia.gov/dsmc/

Kurzfassung

Flows encountered in space applications, like atmospheric reentry or thruster plume expansion and interactions, can be described by the well-known Boltzmann equation. A common approach to numerically solve it is the Direct Simulation Monte-Carlo (DSMC) [1]. The method is very efficient for high Knudsen numbers but becomes increasingly computationally intensive when approaching the continuum limit. In this regime the Boltzmann equation can be numerically solved using the kinetic Fokker-Planck method [2] which, like DSMC, relies on simulated particles to transport mass, momentum and energy through the flow domain, but does not resolve individual collisions. While this approach has been extended to mixtures [3, 4] and diatomic [5, 6] as well as polyatomic gases [7, 8], the modeling of chemical reactions remains a open research topic. Many problems arise from the fact that properties of the reactants need to be considered to evaluate a chemical reaction. This contradicts the Fokker-Planck approach that achieves its linear scaling in terms of particle numbers by forgoing the creation of interaction pairs. We propose a novel approach to model chemical reactions in the Fokker-Planck framework which aims to conserve mass, energy and momentum while retaining the performance advantages in areas of high density [9]. In this presentation we show an extension of the model for recombination and exchange reactions as well as verification results obtained from code-to-code comparisons.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/194565/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Modeling of Chemical Reactions in Rarefied Gas Flows by the Kinetic Fokker-Planck Method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Basov, Leoleo.basov (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4133-7876NICHT SPEZIFIZIERT
Oblapenko, GeorgiiGeorgii.Oblapenko (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1434-7166NICHT SPEZIFIZIERT
Grabe, MartinMartin.Grabe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0361-2734NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2023
Erschienen in:DSMC 2023 Conference
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTSandia National LaboratoriesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Status:veröffentlicht
Stichwörter:DSMC, Fokker-Planck, rarefied gas, chemistry
Veranstaltungstitel:DSMC 2023 Conference
Veranstaltungsort:Santa Fe, New Mexico, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:24 September 2023
Veranstaltungsende:27 September 2023
Veranstalter :Sandia National Laboratories
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Basov, Leo
Hinterlegt am:16 Nov 2023 12:08
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:55

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