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

Уровневая адиабатическая модель диссоциации двухатомных молекул

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


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

View
39.3 KB


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

View
24.1 KB


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

View
48.3 KB


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

View
27.3 KB

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

View
30.6 KB



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

View
27.1 KB

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

View
33.3 KB


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

View
34.9 KB


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

View
36.2 KB


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

View
33.0 KB


1. Fiziko-chimicheskie protsesy v gazovoy dinamike (Physical and Chemical Processes in Gas Dynamics: Computerized Handbook. Ed. by G.G.Chernyi and S.A.Losev). vol.1, Moscow, Izdatelstvo MGU, 1995. 350p.
2. Nagnibeda Ye.A., Kustova Ye.V. Kineticheskaya teoriya perenosa i relaksatsii protsessov v potokakh neravnovesnykh reagiruyushchikh gazov , SPb.: Izdatelstvo S.-PbU, 2003. 272 p.
3. Kondrat'yev V.N., Nikitin Ye. Ye. Kinetika i mekhanizm gazofaznykh reaktsiy. M.: Nauka, 1974. 558 p.
4. Stupochenko Ye.V., Losev S.A., Osipov A.I. Relaksatsionnyye protsessy v udarnykh volnakh, Moscow, Nauka, 1965. 484 s.
5. Krivonosova O.E., Losev S.A., Nalivayko V.P., Mukoseyev Yu. K., Shatalov O.P. Khimiya plazmy, 1987, vol.14, Moscow, Energoatomizdat, pp. 3–31.
6. NIST Chemical Kinetics Database available at: https://kinetics.nist.gov/kinetics/welcome.jsp
7. Kovach E. A., Losev S. A., Sergiyevskaya A. L., Khrapak N.A., Physical and Chemical Kinetics in Gas Dynamics, 2010, vol.10, available at: http://chemphys.edu.ru/issues/2010-10/articles/333/
8. Armenise I., Esposito F. , Chemical Physics, 2012, vol. 398, pp. 104–110.
9. Armenise I., Esposito F., Capitta G., Capitelli M. , Chemical Physics, 2008, vol. 351, pp. 91–98.
10. J. D. Bender, P. Valentini, I. Nompelis, Y. Paukku, Z. Varga, D. G. Truhlar, T. Schwartzentruber, G. V. Candler, J. Chem. Phys., 2015, vol. 143, p. 054304(23pp). doi:10.1063/1.4927571
11. Pogosbekian M. J., Sergievskaia A. L., Losev S. A. Chemical Physics. 2006. Vol. 328, No. 1-3. Pp. 371–378.
12. Pogosbekian M. Yu., Losev S.A.Khimicheskaya fizika. 2003. vol. 22, no. 6. pp. 38–46.
13. Grover M.S., Schwartzentruber T.E., AIAA Paper 2017-3488. 2017. doi:10.2514/6.2017-3488
14. Andrienko D., Boyd I.D., 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., Chemical Physics. 536:110850. 2020. doi: 10.1016/j.chemphys.2020.110850
16. Savel'yev A.S. Modeli koeffitsiyentov skorosti khimicheskikh reaktsiy dlya zadach neravnovesnoy aerodinamiki (Rate coefficient models of chemical reactions for problems of nonequilibrium aerodynamics), Ph.Doctor’s thesis, St. Petersburg, SPbU, 2018, 118p.
17. Pogosbekian M.Yu., Sergievskaya A.L., Kroupnov A.A. , Trudy MAI, 2018, №102, pp. 1-30
18. Smekhov G.D., Yalovik M.S., Khimicheskaya fizika, 1996, vol.15, no. 4. pp.17-35
19. Smekhov G. D., Zhluktov S. V. Khimicheskaya fizika, 1992, vol. 11, no.9, pp.1171-1179
20. Smekhov G.D., Neravnovesnyye techeniya gaza i optimal'nyye formy tel v giperzvukovom potoke" Sbornik statei, Moscow, Izdatelstvo MGU, 1982, pp. 30–38.
21. Smekhov G.D., Losev S.A., Teoreticheskaya i eksperimental'naya khimiya, 1979, vol.15, no. 5, pp. 492-497.
22. Sergievskaya A., Pogosbekian1 M. , Proceedings of the International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics 2016. vol. 1863. United States, 2016. pp. 110003–1–110003–4. doi: 10.1063/1.4992288
23. Pogosbekian M.Yu., Sergievskaya A.L., Khimicheskaya fizika, 2018, vol. 37, no. 4, pp. 20–31.
24. Pogosbekian M.Yu., Sergievskaya A.L., Physical and Chemical Kinetics in Gas Dynamics, 2014, vol.15, no. 3, available at: http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-3/articles/227/.
25. Savel'yev A.S., Kustova Ye.V. Vestnik SPbGU. Ser. 1. 2015. vol. 2 (60), no. 266‒277
26. Kustova Ye. V., Savel'yev A. S., Lukasheva A. A., Physical and Chemical Kinetics in Gas Dynamics, 2018. vol.19, no. 3. available at: http://chemphys.edu.ru/issues/2018-19-3/articles/767/ . doi:10.33257/PhChGD.19.3.767
27. Treanor C. E., Marrone P. V., The Physics of Fluids , 1962, vol. 5, no. 9, pp. 1022–1026.
28. Marrone P. V., C. E. Treanor C. E., The Physics of Fluids, 1963, vol. 6, no. 9, pp. 1215–1221.
29. Planetary Entry Integrated models. available at: http://phys4entrydb.ba.imip.cnr.it/Phys4EntryDB/
30. Kovach E.A., Krivonosova O.E., Losev S.A., Mukoseyev YU.K., Nalivayko V.P., Khristenko A.V., Shatalov O.P., Otchet NII Mekhaniki MGU, 1986, no. 3312, 41p.