Введение в теорию eRC-моделей аэрофизики высоких скоростей. Электронная кинетика двухатомных молекул


Просмотр статьи
PDF, 2,9 МБ

Introduction to the theory of eRC-models of high-speed aerophysics. Electronic kinetics of diatomic molecules

The calculated ratios of the electronic kinetics of diatomic molecules, which form the basis of eRC-models used in high-speed aerophysics, are presented. The rate constants of electronic excitation of quantum molecular states in optically allowed quantum transitions are calculated as functions of the electron temperature. A database of spectral absorption cross-sections for electronic-vibrational and vibrational bands of diatomic molecules at a temperature T = 5000 K and in the temperature range T = 1000 - 10000 K is presented. Reference data on various elementary processes with the participation of diatomic molecules are presented

aerophysics of high speeds, electron-radiation-collisional models

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.22.6.968


Том 22, выпуск 6, 2021 год



Представлены расчетные соотношения электронной кинетики двухатомных молекул, положенные в основу eRC-моделей, применяемых в аэрофизике высоких скоростей. Выполнены расчеты констант скоростей электронного возбуждения квантовых молекулярных состояний в оптически разрешенных квантовых пере-ходах в зависимости от температуры электронов.
Представлена база данных спектральных сечений поглощения электронно-колебательных и колебательных полос двухатомных молекул при температуре T= 5000 K и в диапазоне температур Т=1000 – 10000 К.
Представлена справочные данные по различным элементарным процессам с участием двухатомных молекул:
- константы скоростей диссоциации двухатомных молекул и молекулярных ионов с электронами,
- константы скорости диссоциации молекул N2 , О2, NO, CO, CN, N2+, при столкновениях с тяжелыми частицами,
- константы скорости диссоциации двухатомных молекул и молекулярных ионов с отдельных электронных состояний,
- константы скоростей электронного возбуждения отдельных состояний молекул N2 и молекулярных ионов N2+,
- константы скоростей электронного возбуждения отдельных состояний молекул O2 и молекулярных ионов O2+,
- константы скоростей электронного возбуждения отдельных состояний молекул NO и молекулярных ионов NO+,
- константы скоростей ионизации отдельных электронных состояний молекул N2,
- константы скоростей ионизации отдельных электронных состояний молекул O2,
- константы скоростей ионизации отдельных электронных состояний молекул NO,
- константы скоростей ударной ионизации,
- константы скоростей обмена зарядами,
- константы скоростей образования возбужденных состояний молекул NO, N2, N2+,
- константы скоростей обменных реакций,
- константы скоростей активации и дезактивации электронно-возбужденных со-стояний двухатомных молекул,
- радиационные времена жизни электронно-возбужденных состояний двухатомных молекул

аэрофизика высоких скоростей, электронно-радиационно-столкновительные модели

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.22.6.968


Том 22, выпуск 6, 2021 год



1. Суржиков С.Т. Введение в теорию eRC-моделей аэрофизики высоких скоростей. Общие понятия// Физико-химическая кинетика в газовой динамике 2021 Т.22 (6) http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-6/articles/NNN/
2. Herzberg G. Molecular Spectra and Molecular Structures. I. Spectra of Diatomic Molecules. 2nd ed., Van Nostrand, Princeton, N.J. 1950.
3. Fraser R.A. Canad. J. Phys. 1954. Vol.32. P.515.
4. Bethe H.A. Intermediate Quantum Mechanics. W.A. Benjamin, Inc. New York- Amsterdam. 1964.
5. Bethe H.A., Sapleter E.E. Quantum Mechanics of One- and Two-Electron Atoms// Springer-Verlag. Berlin - Gottingen - Heidelberg. 1957. 563 p.
6. Kuznetsova L.A., Kuzmenko N.E., Kuzyakov Yu.Ya. et al. Probabilities of Optical Transitions in Diatomic Molecules. Moscow. “Nauka”. 1980. 319 p. (in Russian)
7. Shadee A. The Relation between the Electronic Oscillator Strength and the Wavelength for Diatomic Molecules// JQSRT. 1967. Vol.7. P.169.
8. Shadee A. Unique Definitions for the Band Strength and the Electronic-Vibrational Dipole Moment of Diatomic Molecular Radiative Transitions// JQSRT. 1978. Vol.19. P.451.
9. Landshoff R.K.M., Magee J.L. Thermal Radiation Phenomena. Volume 1. Radiative Properties of Air. Plenum Publishing Corporation. 1969. New York.
10. Polak L.S., Ovsjannikov A.A., Slovetsky D.I., Vuzzel F.B. Theoretical and Applied Plasma Chemistry. Moscow. “Nauka”. 1975. 304 p. (in Russian)
11. Mnatsakanjan A.X. Optics and Spectroscopy. 1971. Vol.30. pp.1015-1018
12. Park Ch. Rate Parameters for Electronic Excitation of Diatomic Molecules. I. Electron-Impact Processes//AIAA Paper 2008-1206. 2008. 15 p.
13. Teulet P., Sarrette J.P., Gomes A.M. Calculation of Electron Impact Inelastic Cross Sections and Rate Coefficients for Diatomic Molecules. Application to Air Molecules// JQSRT. 1999. Vol.62. pp.549569.
14. Cartwright D.C. Rate Coefficients and Inelastic Momentum Transfer Cross Sections for Electronic Excitation of N2 by Electrons//J. Appl. Phys. 1978. Vol.49. No.7. pp.38553862.
15. Park Ch. Rate Parameters for Electronic Excitation of Diatomic Molecules. II. Heavy Particle  Impact Processes// AIAA Paper 2008-1446. 2008. 15 p.
16. Drawin H.W. Collision and Transport Cross Sections. Report EUR-CEA-FC 383. 1967.
17. Drawin H.W. Elementary Reactions and the Interpretation of Measurements of Chemically Reacting Non LTE Plasmas//Pure & Appl. Chem. 1976. Vol.48. pp.133153.
18. Slovetsky D.I. The Mechanisms of Chemical Reactions in Nonequilibrium Plasma. Moscow. “Nauka”. 1980. 310 p. (in Russian)
19. Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмерные модели. М.: Физматлит. 2018. 543 с.
20. Surzhikov S.T. Computing System for Mathematical Simulation of Selective Radiation Transfer// AIAA Paper № 00-2369. 2000. 11 p
21. Суржиков С.Т. Оптические свойства газов и плазмы. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана. 2004. 575 с.
22. Кузнецова Л.А., Суржиков С.Т. Атлас спектральных сечений поглощения электронных и колеба-тельных систем полос двухатомных молекул. М.: ИПМех РАН. 1997. Препринт ИПМех РАН. № 603. 102 c.
23. Teulet P., Sarrette J.P., Gomes A.M. Calculation of Electron Impact Inelastic Cross Sections and Rate Coefficients for Diatomic Molecules. Application to Air Molecules// JQSRT. 1999. Vol.62. pp.549-569.
24. Gorelov V.A., Gladyshev M.K., Kireev A.Yu. et al. Experimental and numerical Study of Nonequilibrium Ultraviolet NO and Emission in Shock Layer//J. of Thermophysics and Heat Transfer. 1998. Vol.12. No.2. pp.172-179.
25. Gally T.A., Carlson L.A., Green D. Flow field Coupled Excitation and Radiation Model for Nonequilibrium Reacting Flows//J. of Thermophysics and Heat Transfer. 1993. Vol.7., No.2 pp.285-293.
26. Gally T.A., Carlson L.A. An Approximate Local Thermodynamic Nonequilibrium Radiation Model of Air//AIAA paper 92-2972. 1992. 20 p.
27. Zalogin G., Kozlov P., Kuznetsova L., Losev S., Makarov V., Romanenko Yu., and Surzhikov S. Radiation Excited by Shock Waves in a CO2-N2-Ar Mixture: Experiment and Theory// Technical Physics. 2001. Vol. 71. No.6. pp. 10-16.
28. Carlson L.A., Gally T.A. The effect of Electron Temperature and Impact Ionization on Martian Return AOTV Flowfields//AIAA paper 89-1709. 1989. 15 p.; J.Thermophysics. 1991. Vol.5. No1. pp.9-20.