Коэффициенты скоростей элементарных стадий высокотемпературной рекомбинации атомарного кислорода на поверхности Al2O3


Просмотр статьи
PDF, 414,9 КБ

Elementary rate coefficients for high-temperature atomic oxygen recombination on the AL2O3 surface

Adsorption, desorption, impact and associative heterogeneous recombination rate coefficients of atomic oxygen on the α-Al2O3 surface are determined in the 500÷2000 K temperature range from the first-principle calculations on the interaction of oxygen atom and molecule with alumina clusters. These coefficients are used to calculate recombination
coefficients and heat fluxes to the surface at the conditions that model the experiments at MESOX facility.

Thermal barrier coatings, catalytic activity, heterogeneous recombination, atomic oxygen

Алексей Анатольевич Бучаченко, Валерий Леонидович Ковалев, Александр Александрович Крупнов

Том 14, выпуск 2, 2013 год



По данным квантово-химических расчетов энергий взаимодействия кластеров, моделирующих поверхность α-Al2O3, с атомарным и молекулярным кислородом определены коэффициенты скоростей адсорбции, десорбции, ударной и ассоциативной гетерогенной рекомбинации атомарного кислорода при температурах 500-2000 К. С использованием этих коэффициентов вычислены вероятности гетерогенной рекомбинации и тепловые потоки к поверхности в условиях, близких к условиям экспериментальной установки MESOX.

теплозащитные покрытия, каталитическая активность, гетерогенная рекомбинация, атомарный кислород

Алексей Анатольевич Бучаченко, Валерий Леонидович Ковалев, Александр Александрович Крупнов

Том 14, выпуск 2, 2013 год



1. Ковалев В.Л. Гетерогенные каталитические процессы в
аэротермодинамике. М.: Физматлит, 2002. 224 с.
2. Ковалев В.Л., Колесников А.Ф. Экспериментальное и
теоретическое моделирование гетерогенного катализа в
аэротермохимии //Известия РАН. МЖГ. 2005. № 5.
C. 3–31.
3. Kurotaki T. Construction of catalytic model on SiO2-based
surfaces and application to real trajectory //AIAA Paper
2000-2366.
4. Deutschmann O., Riedel U., Warnatz J. Modeling of nitrogen
and oxygen recombination on partial catalytic surfaces
//Trans. ASME J. Heat Transfer. V.117. 1995. Pp. 495–501.
5. Ковалев В.Л., Крупнов А.А. Влияние образования окси-
да азота в гетерогенных каталитических реакциях на
тепловые потоки к поверхности многоразовых косми-
ческих аппаратов //Вестн. МГУ. Сер. 1: Математика.
Механика. 2004. №1. C. 30 – 36.
6. Cacciatore M., Rutigliano M., Billing G. D. Eley-Rideal and
Langmuir-Hinshelwood recombination coefficients for oxygen
on silica surfaces //J. Thermophys. Heat Transfer. V.
13. 1999. Pp. 195 – 203.
7. Rutigliano M., Pieretti A., Cacciatore M., Sanna N., Baronne
V. N atoms recombination on a silica surface: A global
theoretical approach //Surf. Sci. V. 600. 2006. Pp. 4239 –
4246.
8. Ковалев В.Л., Погосбекян М.Ю. Моделирование гетеро-
генной рекомбинации атомов на теплозащитных покры-
тиях космических аппаратов методами молекулярной
динамики//Известия РАН. МЖГ. 2007. № 4. С. 176 –
183.
9. Shiozaki S., Sakiyama Y., Takagi S., Matsumoto Y. Multiscale
analysis of heterogeneous catalysis on a silica surface
//AIAA Paper 2008-1250.
10. Ковалев В.Л., Погосбекян М. Ю. Анализ каталитиче-
ских свойств теплозащитных покрытий β-кристобалита
и SIC //Вестн. МГУ. Сер.1: Математика. Механика.
2009. № 2. C. 44 – 49.
11. Ковалев В.Л., Крупнов А.А., Погосбекян М. Ю., Суха-
нов Л. П. Моделирование адсорбции атомов кислорода
на поверхности Al2O3 методом функционала плотности
//Вестн. МГУ. Сер.1: Математика. Механика. 2010. №4.
C. 58 – 62.
12. Ковалев В.Л., Крупнов А.А., Погосбекян М.Ю., Суха-
нов Л. П. Анализ гетерогенной рекомбинации атомов
кислорода на оксиде алюминия методами квантовой ме-
ханики и классической динамики//Изв. РАН. МЖГ.
2010. №2. C. 154 – 160.
13. Armenise I., Rutigliano M., Cacciatore M., Capitelli M.
Hypersonic boundary layers: oxygen recombination on SiO2
starting from ab initio coefficients //J. Thermophys. Heat
Transfer. V. 25. 2011. Pp. 627 – 632.
14. Balat-Pichelin M., Bedra L., Gerasimova O., Boubert P.
Recombination of atomic oxygen on α-Al2O3 at high temperature
under air microwave-induced plasma //Chem. Phys.
V. 340. 2007. Pp. 217 – 226.
15. Hinnemann B., Carter E. A. Adsorption of Al, O, Hf, Y, Pt,
and S atoms on α-Al2O3 //J. Phys. Chem. C. V. 111. 2007.
Pp. 7105 – 7126.
16. Gomes J. R. B., de Moreira P. R., Reinhardt P., Wander A.,
Searle B. G., Harrison N. M., Illas F. The structural relaxation
of the α-Al2O3 - an investigation of potential errors
//Chem. Phys. Lett. V. 341. 2001. Pp. 412 – 418.
17. Wittbrodt J. M., Hase W. L., Schlegel H. B. Ab initio study
of the interaction of water with cluster models of the aluminum
terminated (0001) α-aluminum oxide surface //J. Phys.
Chem. B. V. 102. 1998. Pp. 6539 – 6548.
18. Becke A.D. Density-functional exchange-energy approximation
with correct asymptotic behavior //Phys. Rev. A. V.
38. 1988. Pp. 3098 – 3100.
19. Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-
Salvetti correlation-energy formula into a functional of the
electron density//Phys. Rev. B. V. 37. 1988. Pp.785 – 789.
20. Haharan P.C., Pople, J.A. The influence of polarization
functions on molecular orbital hydrogenation energies
//Theor. Chim. Acta. V. 28. 1973. Pp. 213 – 222.
21. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная
теория газов и жикостей, М. Издат. ин. лит. 1961. 929 с.
22. Чоркендорф И., Наймантсвердрайт Х. Современный
катализ и химическая кинетика. Догопрудный: Интел-
лект, 2010. 504 с.
23. Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных
скоростей реакций. М.: Издат. ин. лит., 1948. 583 с.
24. Ralchenko Yu., Kramida A.E., Reader J., and NIST ASD
Team (2010). NIST Atomic Spectra Database (ver. 4.0.1),
[Online]. Available: http://physics.nist.gov/asd [2011, February
5]. Gaithersburg, MD: National Institute of Standards
and Technology.