Уровневая адиабатическая модель диссоциации двухатомных молекул


Просмотр статьи
PDF, 1,0 МБ

Level Adiabatic Model for Dissociation of Diatomic Molecules

In strong shock waves in rarefied gases chemical processes occur in conditions of thermodynamic nonequilibrium. The big interest is the creation of level models of processes for obtain a rate coefficient. The paper presents a new level model for dissociation, obtained within the adiabatic approximation. Model was verified on the basis of available data of quasiclassical trajectory calculations, which analyzed the dissociation of N2 molecules in a wide temperature range. Comparison of the model with the Marrone-Treanor model and with existing modifications of the Marrone-Treanor model were discussed.

thermally non-equilibrium conditions, level approximation, dissociation, quasiclassical trajectory calculations, rate coefficient

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.21.2.914

Геннадий Дмитриевич Смехов, Алла Леонидовна Сергиевская, Михаил Юрьевич Погосбекян, Александр Александрович Крупнов

Том 21, выпуск 2, 2020 год



В условия термодинамической неравновесности происходят различные химические процессы, в числе которых реакции диссоциации занимают важное место и для описания которых необходимо знание их различных характеристик. Наибольший интерес вызывает разработка уровневых моделей процессов для получения констант скорости. В работе представлена новая уровневая адиабатическая модель диссоциации, полученная в пределах адиабатического приближения. Проведена верификация модели на имеющихся данных квазиклассических траекторных расчетов диссоциации молекул N2 в широком температурном диапазоне, дано сравнение этой модели с моделями Мэрроуна-Тринора и существующими модификациями модели Мэрроуна-Тринора

термически неравновесные условия, уровневое приближение, диссоциация, квазиклассические траекторные расчеты, константа скорости

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.21.2.914

Геннадий Дмитриевич Смехов, Алла Леонидовна Сергиевская, Михаил Юрьевич Погосбекян, Александр Александрович Крупнов

Том 21, выпуск 2, 2020 год



Просмотр
29,9 КБ

Рис 2. Уровневая константа скорости диссоциации азота в зависимости от поступательной температуры

Просмотр
39,3 КБ

Рис 3. Уровневая константа скорости диссоциации азота в зависимости от колебательного уровня

Просмотр
24,1 КБ

Рис 4. Уровневая константа скорости диссоциации кислорода в зависимости от поступательной температуры

Просмотр
48,3 КБ

Рис 5. Уровневая константа скорости диссоциации кислорода в зависимости от колебательного уровня

Просмотр
27,3 КБ

Рис 6. Относительный уровневый фактор диссоциации CO+Ar → C+O+Ar в зависимости от температуры для разных колебательных уровней

Просмотр
30,6 КБ

Рис 7. Относительный уровневый фактор диссоциации CO(m)+Ar → C+O+Ar в зависимости от разных колебательных уровней для разных температур

Просмотр
27,1 КБ

Рис. 9 Относительный уровневый фактор реакции N2+N=3N, полученный по разным моделям для среды с поступательной температурой равной T=4000K

Просмотр
33,3 КБ

Рис. 12 Относительный уровневый фактор реакции N2+N=3N, полученный по разным моделям для среды с поступательной температурой равной T=10000K

Просмотр
34,9 КБ

Рис. 18 Уровневая константа скорости реакции N2+N=3N, полученная по разным моделям на диапазоне колебательных уровней для среды с поступательной температурой равной T=6000K

Просмотр
36,2 КБ

Рис. 22Зависимость уровневой константы скорости реакции N2+N=3N, полученная по разным моделям на диапазоне температуры для колебательного уровня m=12 .

Просмотр
33,0 КБ


1. Физико-химические процессы в газовой динамике ( под ред. Г. Г. Черного, С. А. Лосева). М.: Изд-во Моск. ун-та. 1995. 350 с.
2. Нагнибеда Е. А., Кустова Е.В. Кинетическая теория процессов переноса и релаксации в потоках неравновесных реагирующих газов. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003. 272 с.
3. Кондратьев В.Н., Никитин Е. Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.: Наука, 1974. 558 с.
4. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. М.: Наука, 1965. 484 с.
5. Кривоносова О.Э., Лосев С.А., Наливайко В.П., Мукосеев Ю. К., Шаталов О.П. Рекомендуемые данные о константах скорости химических реакций между молекулами, состоящими из атомов N и O. // Химия плазмы. Энергоатомиздат Москва, 1987. Т.14. С. 3–31.
6. NIST Chemical Kinetics Database [Электронный ресурс] https://kinetics.nist.gov/kinetics/welcome.jsp
7. Ковач Э. А., Лосев С. А., Сергиевская А. Л., Храпак Н.А. Каталог моделей физико-химических процессов 3. Термически равновесные и неравновесные химические реакции//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Т. 10. http://chemphys.edu.ru/issues/2010-10/articles/333/
8. Armenise I., Esposito F. Dissociation-recombination models in hypersonic boundary layer O2/O flows // Chemical Physics. 398. 2012. P. 104–110.
9. Armenise I., Esposito F., Capitta G., Capitelli M. O-O2 state-to-state vibrational relaxation and dissociation rates based on quasiclassical calculations // Chemical Physics. 351. 2008. Pp. 91–98.
10. Bender J.D., Valentini P., Nompelis I., Paukku Y., Varga Z., Truhlar D. G., Schwartzentruber T., Candler G. V.. An improved potential energy surface and multi-temperature quasiclassical trajectory calculations of N2 + N2 dissociation reactions // J. Chem. Phys.2015. Vol. 143. P. 054304(23pp). doi:10.1063/1.4927571
11. Pogosbekian M. J., Sergievskaia A. L., Losev S. A. Verification of theoretical models of chemical exchange reactions on the basis of quasiclassical trajectory calculations // Chemical Physics. 2006. Vol. 328, No. 1-3. Pp. 371–378.
12. Погосбекян М. Ю., Лосев С. А. Исследование реакции CO+N->CN+O методом квазиклассических траекторий с использованием вычислительного комплекса "MD TRAJECTORY" // Химическая физика. 2003. Т. 22, № 6. С. 38–46.
13. Grover M.S., Schwartzentruber T.E., Internal Energy Relaxation and Dissociation in Molecular Oxygen Using Direct Molecular Simulation, 47th AIAA Thermophysical Conference. AIAA Paper 2017-3488. 2017. doi:10.2514/6.2017-3488
14. Andrienko D., Boyd I.D., Investigation of Oxygen Vibrational Relaxation by Quasy-Classical Trajectory Method, Chemical Physics. Vol.459. No. 28. 2015. Pp. 1-13. doi:10.1016/j.chemphys.2015.07.023
15. Yakunchikov A., Kosyanchuk V., Kroupnov A., Pogosbekian M., Bryukhanov I., Iuldasheva A. Potential energy surface of interaction of two diatomic molecules for air flows simulation at intermediate temperatures. Chemical Physics. 536:110850. 2020. doi: 10.1016/j.chemphys.2020.110850
16. Савельев А.С. Модели коэффициентов скорости химических реакций для задач неравновесной аэродинамики. Диссер на соискание степени кф-мн , - Санкт-Петербург. 2018. 118 с.
17. Погосбекян М. Ю., Сергиевская А. Л., Крупнов А. А. Сравнительное моделирование процесса диссоциации молекул N2 в термически неравновесных условиях // Труды МАИ. 2018. № 102. С. 1–30.
18. Смехов Г.Д., Яловик М.С. Диссоциация молекул азота в колебательно неравновесном газе // Химическая физика. 1996. Т.15. N 4. C.17-35.
19. Смехов Г. Д., Жлуктов С. В. Константа скорости диссоциации двухатомных молекул в адиабатической модели // Химическая физика. 1992. Т. 11, № 9. С. 1171–1179.
20. Смехов Г. Д. Применение адиабатического принципа для вычисления константы скорости диссоциации двухатомных молекул //Неравновесные течения газа и оптимальные формы тел в гиперзвуковом потоке. Изд. Московского университета.. Москва, 1982. С. 30–38.
21. Смехов Г. Д., Лосев С. А. О роли колебательно-вращательного возбуждения в процессе диссоциации двухатомных молекул // Теоретическая и экспериментальная химия. 1979. Т. 15. № 5. С. 492-497.
22. Sergievskaya A., Pogosbekian1 M. The study of oxygen dissociation models based on quasi-classical calculations in thermal nonequilibrium conditions // Proceedings of the International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics 2016. Vol. 1863. United States, 2016. P. 110003–1–110003–4. doi: 10.1063/1.4992288
23. Погосбекян М. Ю., Сергиевская А. Л. Моделирование реакции диссоциации кислорода в термически неравновесных условиях: модели, траекторные расчеты, эксперимент // Химическая физика. 2018. Т. 37, № 4. С. 20–31. doi:10.7868/S0207401X18040039
24. Погосбекян М. Ю., Сергиевская А. Л. Моделирование динамики молекулярных реакций и сравнительный анализ с теоретическими моделями применительно к термически неравновесным условиям//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т.15, Вып. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-3/articles/227/.
25. Кустова Е. В., Савельев А. С., Лукашева А. А. Уточнение поуровневых моделей химической кинетики с помощью данных траекторных расчетов//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. Т.19, вып. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2018-19-3/articles/767/ . doi:10.33257/PhChGD.19.3.767
26. Савельев А.С., Кустова Е.В. Пределы применимости модели Тринора ‒ Маррона для поуровневых коэффициентов скорости диссоциации N2 и O2 // Вестник СПбГУ. Сер. 1. 2015. Е. 2 (60), №2. С. 266‒277.
27. Treanor C. E., Marrone P. V. Effect of dissociation on the rate of vibrational relaxation // The Physics of Fluids. 1962. Vol. 5. No. 9. Pp. 1022–1026.
28. Marrone P. V., C. E. Treanor C. E. Chemical relaxation with preferential dissociation from excited vibrational levels // The Physics of Fluids. 1963. Vol. 6, No. 9. Pp. 1215–1221.
29. Planetary Entry Integrated models. [Электронный ресурс]: http://phys4entrydb.ba.imip.cnr.it/Phys4EntryDB/
30. Ковач Э.А., Кривоносова О.Э., Лосев С.А., Мукосеев Ю.К., Наливайко В.П., Христенко А.В., Шаталов О.П. База рекомендуемых данных первой версии макета системы АВОГАДРО. // Отчет НИИ Механики №3312. 1986. 41с.