В настоящее время исследования неравновесных потоков углекислого газа необходимо для решения многих практических задач. Например для моделирования входа космических аппаратов в атмосферу Марса и Венеры, для описания процессов, происходящих в активной среде молекулярных лазеров, а также в химических технологиях. Применительно к космической промышленности изучение подобных потоков и их грамотное моделирование позволяет рассчитать тепловые потоки на поверхности аппарата, что необходимо для правильной оценки тепловых нагрузок и проектирования тепловой защиты.

Одним из наиболее распространенных методов изучения неравновесных потоков является численное моделирование с использованием вычислительной гидродинамики (CFD). Данный метод позволяет учитывать теплофизические свойства и химические реакции. Однако вследствие сложной структуры молекул углекислого газа необходима валидация существующих моделей и определение их областей применимости для правильного моделирования физических и химических процессов, происходящих в сильнонеравновесных условиях.
Методы CFD также широко используются для моделирования экспериментов, например, в ударных трубах и летных экспериментах, таких как исследования огня II и RAM-C. Что позволяет проверить необходимые модели физико-химической кинетики молекул углекислого газа на примере экспериментальных задач в широком диапазоне условий течения.

В рамках данного проекта предполагается реализовать многотемпературные модели колебательной кинетики молекул углекислого газа в программном комплексе TAU.
TAU является решателем CFD и был разработан в институте DLR. Данный солвер активно используется для моделирования и проектирования различных воздушных и космических аппаратов. TAU обладает многоми преимуществами, в частности TAU широко проверен на тестовых задачах для гиперзвуковых и магнитных потоков, также TAU способен эффективно обрабатывать сложную геометрию.

На настоящий момент разработана теоретическая модель описания неравновесных течений, содержащих молекул углекислого газа, построены упрощенные схемы моделирования колебательной и химической кинетики в таких течениях. Проведена валидация данных моделей на основе решения задач о пространственно однородной релаксации и о течениях за сильными ударными волнами. Выбор DLR в качестве принимающей организации обусловлен наличием у DLR высокоточного трехмерного CFD-солвера, в котором можно реализовывать новые модели неравновесной физико-химической релаксации, а также предыдущим опытом совместной работы сотрудников кафедры гидроаэромеханики СПбГУ с DLR (в рамках контракта Европейского Космичесокго Агенства и в рамках программы "Дмитрий Менделеев").

В результате работы в коде DLR-TAU будут реализованы новые модели колебательной релаксации молекул углекислого газа, а также модели неравновесной химической кинетики для течений, содержащих углекислый газ. Будет проведена валидация этих моделей путем сравнения с имеющимися в литературе экспериментальными и численными данными для различных низко- и высокоэнтальпийных течений.