О релаксации вращательной энергии молекул в методе прямого статистического моделирования Монте-Карло

Рассмотрен вопрос о моделировании вращательно-поступательного обмена энергиями молекул в методе прямого статистического моделирования (ПСМ) применительно к задаче о входе гиперзвуковых летательных аппаратов в атмосферы Земли, Марса, Венеры, Титана и газовых гигантов. Приведена систематизация квантово-механических уровней энергии двухатомных и многоатомных молекул. Дано описание алгоритма Ларсена–Боргнакке моделирования обмена энергиями для случая, когда сталкивающиеся молекулы обладают дискретным набором уровней энергии. Из экспериментальных данных о вязкости газов и расчётов сечений столкновения молекул подобраны параметры модели твёрдых сфер переменного диаметра (VHS) для молекул, присутствующих в атмосферах планет. Аналогично из экспериментальных данных о временах релаксации вращательной энергии молекул подобраны параметры в формуле Паркера, описывающей вращательно-поступательную релаксацию. Получено хорошее совпадение расчётов с экспериментальными данными отхода и ширины ударной волны перед сферой, обдуваемой азотом, что говорит об адекватности используемых моделей и их параметров.