Валидация моделей поуровневой кинетики кислорода за фронтом ударной волны


Просмотр статьи
PDF, 555,4 КБ

Validation of Models of State-to-State Oxygen Kinetics behind Shock Waves

State-to-state vibrational-chemical kinetics of a binary mixture of oxygen molecules and atoms behind the shock wave is studied. The processes of vibrational energy exchange are described on the basis of the SSH theory and the forced harmonic oscillator model (FHO). Dissociation of oxygen molecules is simulated using the generalized Treanor-Marrone model (TM) with various values of the parameter U available in the literature. All numerical results are compared with experimental data. It is found that the use of the FHO model in combination with the TM model parameter U = 3T or the modified U parameter proposed by Pogosbekian, Sergievskaya (2018) based on trajectory calculations provides satisfactory agreement when compared with the experiment under conditions with the gas temperature behind the shock front greater than 7000 K. Under conditions with the temperature less than 7000 K, the FHO model in combination with the parameter U = ∞ or the modified parameter U proposed by Savelev (2016) give the best agreement when compared with the experiments.

non-equilibrium kinetics, oxygen, shock waves, dissociation

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.19.3.765


Том 19, выпуск 3, 2018 год



В работе исследуется поуровневая колебательно-химическая кинетика смеси молекул и атомов кислорода за фронтом ударной волны. Процессы колебательного энергообмена описывались на основе SSH-теории и модели нагруженного гармонического осциллятора (FHO). Диссоциация молекул кислорода моделировалась с помощью обобщенной модели Тринора-Маррона (ТМ) с различными значениями параметра U, доступными в литературе. Все численные результаты сравниваются с экспериментальными данными. Обнаружено, что использование модели FHO в сочетании с параметром модели ТМ U = 3T или модифицированным параметром U, предложенным в работе Погосбекяна, Сергиевской (2018) на основе траекторных расчетов, дает хорошее согласие при сопоставлении с экспериментом для условий с температурой газа за фронтом ударной волны больше 7000 K. Для условий с температурой меньше 7000 K модель FHO в сочетании с параметром U = ∞ или модифицированным параметром U, предложенным в работе Савельева (2016), дают наилучшее согласие при сопоставлении с экспериментом.

неравновесная кинетика, кислород, ударные волны, диссоциация

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.19.3.765


Том 19, выпуск 3, 2018 год



1. Ibraguimova L.B., Sergievskaya A.L., Levashov V.Y., Shatalov O.P., Tunik Y.V., Zabelinskii I.E. Investigation of oxygen dissociation and vibrational relaxation at temperatures 4000-10800 K // J. Chem. Phys. 2013. Vol. 139. N 3. P. 034317.
2. Kustova E., Nagnibeda E., Oblapenko G., Savelev A., Sharafutdinov I. Advanced models for vibrational–chemical coupling in multi-temperature flows // Chem. Phys. 2016. Vol. 464. P. 1-13.
3. Shoev G., Oblapenko G., Kunova O., Mekhonoshina M., Kustova E. Validation of vibration-dissociation coupling models in hypersonic non-equilibrium separated flows // Acta Astronautica. 2018. Vol. 144. P. 147-159.
4. Sebastião I.B., Kulakhmetov M., Alexeenko A. DSMC study of oxygen shockwaves based on high-fidelity vibrational relaxation and dissociation models // Phys. Fluids. 2017. Vol. 29. N 1. P. 017102.
5. Нагнибеда Е.А., Кустова Е.В. Кинетическая теория процессов переноса и релаксации в по-токах неравновесных реагирующих газов. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2003. 270 c.
6. Schwartz R.N., Slawsky Z.I., Herzfeld K.F. Calculation of vibrational relaxation times in gases // J. Chem. Phys. 1952. Vol. 20. N 10. P. 1591-1599.
7. Физико-химические процессы в газовой динамике / под редакцией Черного Г.Г. и Лосева С. А. / М.: Науч. мир, 2007. Т. 1. 399 с.
8. Adamovich I., Macheret S., Rich J., Treanor C. Vibrational energy transfer rates using a forced harmonic oscillator model // J. Thermophys. Heat Transf. 1998. Vol. 12. N 1. P. 57–65.
9. Lordet F., Meolans J., Chauvin A., Brun R. Nonequilibrium vibration-dissociation phenomena behind a propagating shock wave: vibrational population calculation // Shock Waves. 1995. Vol. 4. N 6. P. 299-312.
10. Marrone P., Treanor C. Chemical relaxation with preferential dissociation from excited vibration-al levels // Phys. Fluids. 1963. Vol. 6. N 9. P. 1215-1221.
11. Kunova O., Kustova E., Savelev A. Generalized Treanor–Marrone model for state-specific disso-ciation rate coefficients // Chem. Phys. Lett. 2016. Vol. 659. P. 80-87.
12. Погосбекян М.Ю., Сергиевская А.Л. Моделирование реакции диссоциации кислорода в термически неравновесных условиях: модели, траекторные расчеты, эксперимент // Хими-ческая физика. 2018, Т. 37, № 4, С. 20-31.