Processes involving molecules and atoms in electronically excited states in high-temperature gas mediums containing nitrogen and methane
Analysis is made of kinetical processes involving electronically exited states of atoms and molecules in nitrogen and methane containing gas mediums behind the shock wave front. The most significant electronically exited species were selected for numerical modeling of spacecraft entering the atmosphere of Titan. The data base for rate constants of reactions with electronically exited particles in high-temperature nitrogen-methane mixture is demonstrated.
Проведен анализ кинетических процессов с участием электронно-возбужденных компонентов в газовых средах, содержащих азот и метан, за фронтом ударной волны. Определен набор электронно-возбужденных компонентов, которые следует учитывать при моделировании процессов вхождения летательных аппаратов в атмосферу Титана. Демонстрируется база данных констант скоростей реакций с участием электронно-возбужденных частиц в высокотемпературных метано-азотных смесях.
1. Gökçen T. N2-CH4-Ar chemical kinetic model for simulations
of atmospheric entry to Titan// AIAA Paper 2004-
2469. 2004.
2. Olejniczak J., Wright M., Prabhu D., at al. An analysis of
the radiative heating environment for aerocapture at Titan,
AIAA Paper 2003-4953, 2003.
3. Лосев С.А., Ярыгина В.Н. Процессы электронного
энергообмена в высокотемпературном воздухе// Хими-
ческая физика. Т. 28. №7. 2009. С.70−74
4. Лосев С.А., Ярыгина В.Н. Процессы в высокотемпера-
турном воздухе с участием молекул и атомов в возбуж-
денных электронных состояниях// ТВТ. Т. 48 №.1 2010.
С. 44−51.
5. Черный Г.Г., Лосев С.А. Разработка теплозащитных
систем для межпланетных полетов//Итоговый научно-
технический отчет по проекту МНТЦ №036-96. 1999.
6. Залогин Г.Н., Козлов П.В., Кузнецова Л.А., Лосев С.А.,
Суржиков С.Т. Излучение смеси CO2-N2-Ar в ударных
волнах:эксперимент и теория. ЖТФ. Т.71. №6. 2001.
С.10−16.
7. Gorelov V.A., Gladyshev M.R., Kireev F.N at al. Computational
and Experimental Investigations of Ionization near
Hypersonic Vehicles //J. Thermophysics and Heat Transfer.
V. 12. № 2. 1998. Pp. 172−180.
8. Dilecce G., Ambrico P.F., Scarduelli G. at al. CN(B2Σ+)
formation and emission in a N2–CH4 atmospheric pressure
dielectric barrier discharge // Plasma Sources Sci. Technol.
18. 2009. 015010
9. Pintassilgo C.D., Cernogora G., Loureiro J. Spectroscopy
study and modelling of an afterglow created by a lowpressure
pulsed discharge in N2–CH4// Plasma Sources Sci.
Technol. V.10. 2001. Pp. 147–161.
10. Horvath G., Skalny J. D., Mason N. J. at al. Corona discharge
experiments in admixtures of N2 and CH4: a laboratory
simulation of Titan’s atmosphere// Plasma Sources Sci.
Technol. V.18. 2009. 034016.
11. Herron, J.T., Evaluated Chemical Kinetics Data for Reactions
of N(2D), N(2P), and N2(A3Σu
+) in the Gas Phase. J.
Phys. Chem. Ref. Data. V. 28. N 5. 1999. pp. 1453−1483;
Herron J.T., Green D.S. Chemical Kinetics Database and
Predictive Schemes for Nonthermal Humid Air Plasma
Chemistry // Plasma Chemistry and Plasma Processing.
V.31. N.3. 2001. Pp. 459−481.
12. Magin T.E., Caillaunt L., Bourdon A., Laux C.O. Nonequilbrium
radiation modeling for Hyygens entry// Pros 3d
Int. Workshop Planetary Probe, Anavysson, Greece, 2006
(ESA.SP-607).
13. Donovan R.J., Husain D. Recent advances in the chemistry
of electronically excited atoms//Chemical Reviews. V. 70,
N. 4. 1970. pp. 489−516.
14. Gordiets B.F., Ferreira C.M., Guerra V.L. at al. Kinetic
model of a low-pressure N2–O2 flowing glow discharge//
IEEE Trans. Plasma. Sci. V.23. 1995. Р.750–768.
15. Starik A.M., Titova N.S., Arsentiev I.V. Comprehensive
analysis of the effect of atomic and molecular metastable
state excitation on air plasma composition behind strong
shock waves//Plasma Sources Sci. Technol. Vol. 19. 2010.
015007.
16. Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu., Zatsepin D.V.
Hydrogen oxidation in stoichiometric hydrogen–air mixture
in highspeed ionization wave// Combust. Theory Modelling
V.5. 2001. Pp.97–129.
17. Шахатов В.А., Лебедев Ю.А. Исследование кинетики
возбуждения N2(A), N2(C), N2(B) в азотной плазме газо-
вых разрядов методами эмиссионной спектроскопии и
численного моделирования//Химия высоких энергий. Т.
42. №3. 2008. С. 207−241.
18. Takayanagi T., Kurosaki Yu., Kei Sato at al Kinetic Studies
on the N(2D, 2P) + CH4 and CD4 Reactions: The Role of
Nonadiabatic Transitions on Thermal Rate Constants // J.
Phys. Chem. A. V.103. 1999. Pp. 250−255.
19. Kei Sato, K. Misawa, Ya. Kobayashi, at al Measurements
of Thermal Rate Constants for the Reactions of N(2D,2P)
with C2H4 and C2D4 between 225 and 292 K// J. Phys.
Chem. A, V. 103. 1999. Pp.8650−8656
20. Levaton J., Amorin J.and Franco D. Experimental and calculated
N(4S) temporal density profile in the N2 flowing
post-disharge// J. Phys. D6 Appl. Phys. V.38. 2005.
Pp.2204−2210.
21. Halpern J.B., Huang Yu., Titarchuk N. Radiative and collicional
processes in CN A2Πi// Astrophys. Space Sciense.
V.236. 1996. Pp.11−17.
22. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. М.:
Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2004. 544 с.
23. Суржиков С.Т. Оптические свойства газов и плазмы.
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2004. 576 с.
24. Суржиков С.Т. Физическая механика газовых разрядов.
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2006. 522 с.
25. Surzhikov S.T. Physico-chemical kinetics and spectral
radiation of strong shock waves. Proceeding of Intern.
Conf. on Combustion and Detonation, Zeldovich Memorial
II, PC-Publication. Moscow. 2004.
26. Суржиков С.Т. Расчет обтекания модели космического
аппарата MSRO с использованием кодов NERAT-2D и
NERAT-3D// Физико-химическая кинетика в газовой
динамике. 2010. T. 9.
http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-003.pdf
27. Суржиков С.Т. Трехмерная вычислительная модель
аэротермодинамики спускаемых космических аппара-
тов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике.
2010. T.9. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-
002.pdf
