Библиографическое описание:Перенос резонансного излучения в газовых средах с нестационарной кинетикой : научное издание / Н. И. Косарев. - Текст : непосредственный // Математическое моделирование. - 2024. - Т.36, №5. - С. 137-176. - ISSN 0234-0879, DOI 10.20948/mm-2024-05-10.
Аннотация:Обзор посвящен численному моделированию переноса линейчатого излучения в газовых средах, обладающих 3D геометрией, и в условии нестационарной кинетики возбуждения и ионизации. Скоростные уравнения баланса населенностей многоуровневого атома определяются прямыми и обратными ударно-радиационными процессами. При этом вероятности вынужденных процессов фотовозбуждения в любой точке газовой среды зависят от средней по телесным углам и частоте интенсивности излучения. Эта средняя интенсивность складывается из интенсивности внешнего излучения, которое, распространяясь в среде, поглощается атомами, и собственного излучения, формируемого внутренними источниками фотонов. Математическая постановка задачи ударно-радиационной кинетики принимает вид системы интегро-дифференциальных уравнений. Вычисление трехкратного интеграла по частотной и угловым переменным проводится дискретно-разностными методами с помощью приема дискретизации объема на прицельные плоскости. В результате разработанных уникальных приемов, методов и вычислительных алгоритмов задача Коши для системы интегро-дифференциальных уравнений сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений, которая затем решается численно методами Адамса и Гира. Приводятся результаты моделирования определенного класса задач кинетики фотовозбуждения и свечения газов под действием внешнего излучения. Выполненные исследования дополняют астрофизическую теорию переноса излучения, а также вносят значительный вклад в развитие спектроскопических методов диагностики излучающих газов и плазмы.
This work reviews the numerical simulation of resonance radiation transfer in gaseous media with 3D geometry and under the conditions of non-stationary excitation and ionization kinetics. The rate balance equations for population densities of a multilevel atom are determined by direct and inverse collisional-radiative processes. At the same time, the probabilities of stimulated photoexcitation processes at any point of the gaseous medium depend on the radiation intensity averaged over solid angles and frequency. This average intensity is the sum of the external radiation intensity (which propagates through the medium and is absorbed by the atoms) and its own radiation formed by internal sources of photons. The mathematical formulation of the problem of collisional-radiative kinetics is given by a system of integro-differential equations. To calculate a triple integral over the frequency and angle variables, we apply discrete-difference methods, i.e., the method of discretization of the volume on impact planes. With developed unique techniques, methods, and computational algorithms, the Cauchy problem for a system of integro-differential equations is reduced to a system of ordinary differential equations, which is then solved numerically using the Adams and Gear methods. We provide the results for applying modeling in a certain class of problems of photoexitation and luminescence kinetics of gases under the action external radiation. The research performed complements the astrophysical theory of radiative transfer and also makes a significant contribution to the development of spectroscopic methods for diagnosing radiating gases and plasmas.
