Приближение поуровневой кинетики является одним из наиболее точных методов описания сильнонеравновесных течений газов с внутренними степенями свободы и химическими реакциями [1-9]. Для моделирования вязких течений необходим расчет коэффициентов переноса, входящих в выражения для тензора напряжений и теплового потока. Алгоритм расчета коэффициентов переноса в поуров- невом приближении впервые был предложен в работе [6]. Одно из предположений, лежащих в основе алгоритма, состоит в том, что сечения упругих столкновений считаются независящими от колебательного состояния молекулы. Это предположение значительно упрощает расчеты поуровневых коэффициентов переноса, однако в [6] не приводится строгого обоснования пределов его применимости. Более того, известно, что сечение упругого столкновения возбужденных молекул заметно увеличивается [10-13], что может влиять на интегралы столкновений и коэффициенты переноса.
В работе [14] был предложен простой метод для получения приближенных оценок влияния молекулярного диаметра на коэффициент сдвиговой вязкости. Однако для расчета диаметра колебательно возбужденной молекулы использовалась модель [10], существенно переоценивающая размер молекул на верхних колебательных уровнях. В связи с этим расчеты приходилось обрывать при достаточно низких значениях колебательной энергии, что заметно ухудшает точность оценок. Целью настоящей работы является оценка вклада возбужденных состояний в коэффициент сдвиговой вязкости компонентов воздуха на основании более точных моделей потенциалов с учетом всех возможных колебательных состояний. Исследуется отношение коэффициента вязкости к соответствующему коэффициенту в основном колебательном состоянии для различных значений температуры, равновесных и неравновесных распределений.
Проведенный в работе расчет диаметров молекул N2, O2, NO для разных колебательно-вращательных состояний по трем моделям потенциала позволил определить, что простая модель Канга—Кунца дает экспоненциальный рост диаметра молекулы для уровней выше 10, поэтому ее применение целесообразно только при низких температурах, а модели Тица—Хуа и Морзе дают близкие значения диаметров. При этом вкладом вращательного возбуждения в диаметр рассмотренных молекул можно пренебречь.
Анализ результатов расчета отношения поуровневого коэффициента сдвиговой вязкости к коэффициенту вязкости для газа, состоящего из невозбужденных молекул, показал, что во всех рассмотренных случаях, включая сильнонеравновесные, эффект увеличения молекулы практически не влияет на вязкость, в среднем отклонение составляет лишь 1-2%. Некоторый эффект наблюдается только при очень высоких температурах для близких к равновесным колебательных распределений. Однако такие условия на практике реализовать достаточно сложно, поскольку в околорав- новесном высокотемпературном течении доля недиссоциирующих молекул пренебрежимо мала. Таким образом, нам удалось для широкого диапазона условий показать справедливость предположения о том, что при расчете поуровневых коэффициентов переноса зависимость сечения упругого столкновения от колебательного уровня можно не учитывать. Это позволяет обоснованно применять упрощенные алгоритмы расчета коэффициентов переноса.
