Model of nonequilibrium emissivity of diatomic molecules averaged over the rotational structure

The derivation of the calculated relations of the model of the emissivity of the electronic vibrational bands of diatomic molecules averaged over the rotational structure is presented. The model is based on the use of an ab-initio expression for the integral radiation emission coefficient of the rotational line of an electron-vibrational-rotational quantum transition and the results of ab-initio calculations of the Einstein coefficients of rovibronic quantum transitions of spontaneous emission.
Calculation formulas are obtained for the averaged emissivity coefficients of heteronuclear molecules. Their validity is shown for homonuclear molecules, including states of different symmetries, in the spectra of which alternating intensities of the emission of rotational lines are observed.
Using the obtained relations, spectra of nonequilibrium radiation from the shock wave relaxation zone were obtained in shock wave experiments in air at a speed of 7.3 km/s and a pressure of 0.7 Torr in a low-pressure chamber. A comparison with experimental data has been made.

Ключевые слова: The derivation of the calculated relations of the model of the emissivity of the electronic vibrational bands of diatomic molecules averaged over the rotational structure is presented. The model is based on the use of an ab-initio expression for the integral radiation emission coefficient of the rotational line of an electron-vibrational-rotational quantum transition and the results of ab-initio calculations of the Einstein coefficients of rovibronic quantum transitions of spontaneous emission. Calculation formulas are obtained for the averaged emissivity coefficients of heteronuclear molecules. Their validity is shown for homonuclear molecules, including states of different symmetries, in the spectra of which alternating intensities of the emission of rotational lines are observed. Using the obtained relations, spectra of nonequilibrium radiation from the shock wave relaxation zone were obtained in shock wave experiments in air at a speed of 7.3 km/s and a pressure of 0.7 Torr in a low-pressure chamber. A comparison with experimental data has been made.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.24.6.1078

Author: Сергей Тимофеевич Суржиков Институт проблем механики им. А.Ю.Ишлинского РАН

Выпуск: Том 24, выпуск 6, 2023 год

Рекомендуемое библиографическое описание статьи:
Суржиков С. Т. Модель усредненной по вращательной структуре неравновесной излучательной способности двухатомных молекул//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т.24, вып. 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-6/articles/1078/

Представлен вывод расчетных соотношений модели усредненной по вращательной структуре излучательной способности электронно-колебательных полос двухатомных молекул. Модель основана на использовании ab-initio выражения для интегрального коэффициента испускания излучения вращательной линии электронно-колебательно-вращательного квантового перехода и результатов ab-initio расчетов коэффициентов Эйнштейна ровибронных квантовых переходов спонтанного излучения.
Расчетные формулы получены для усредненных коэффициентов излучения гетероядерных молекул. Показана их справедливость для гомоядерных молекул, в том числе для состояний разной симметрии, в спектрах которых наблюдается чередование интенсивностей излучения вращательных линий.
С использованием полученных соотношений получены спектры неравновесного излучения релаксационной зоны ударной волны в ударно-волновых экспериментах в воздухе при скорости 7.3 км/с и давлении 0.7 Торр в камере низкого давления. Выполнено сравнение с экспериментальными данными.

Ключевые слова: неравновесное излучение сильных ударных волн, спектральная излучательная способность двухатомных молекул, излучательная способность усредненная по вращательной структуре электронно-колебательно-вращательных переходов

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.24.6.1078

Author: Сергей Тимофеевич Суржиков Институт проблем механики им. А.Ю.Ишлинского РАН

Выпуск: Том 24, выпуск 6, 2023 год

1. Авилова И.В., Биберман Л.М., Воробьев В.С. и др. Оптические свойства горячего воздуха. М.: Наука. 1970. 320 с.
2. Каменщиков В.А., Пластинин Ю.А., Николаев В.М. и др. Радиационные свойства газов при высоких температурах. М.: Машиностроение. 1971. 440 с.
3. Суржиков С.Т. Оптические свойства газов и плазмы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2004. 575 с.
4. Cruden B.A., Brandis A.V. Measurement of radiative nonequilibrium for Air Shocks Between 7 and 9 km/s//Journal Thermophysics and Heat Transfer. November 2019. https://doi.org/10.2514/1.T5735
5. Kozlov P.V., Surzhikov S.T. Nonequilibrium radiation NO in shocked air// AIAA 2017-0157. 16 p. https://doi.org/10.2514/6.2017-0157
6. Козлов П. В. Экспериментальное исследование радиационных свойств воздуха за фронтом ударной волны при скоростях до 10 км/с//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2016. Т.17, вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2016-17-1/articles/624/
7. Козлов П.В., Забелинский И.Е., Быкова Н.Г., Герасимов Г.Я., Левашов В.Ю. Экс-периметнальное исследование излучательных характеристик ударно нагретого воздуха в ультрафиолетовой и видимой областях спектра //Изв. РАН, МЖГ. 2022. №6.
8. Кузнецова Л.А., Кузьменко Н.Е., Кузяков Ю.Я., Пластинин Ю.А. Вероятности оптических переходов двухатомных молекул. М.: Наука. 1980. 320с.
9. Whiting E.E., Schadee A., Tatum J.B., Hougen J.T., Nicholls R.W. Recommended con-ventions for defining transition moments and intensity factors in diatomic molecular spectra// J.Mol.Spec. 1980. Vol.80, p. 249.
10. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: УРСС. 2001. 894 с.
11. Nicholls, R. W., & Jarmain, W. R. r-Centroids: Average Internuclear Separations Asso-ciated with Molecular Bands// Proceedings of the Physical Society. Section A. 1956. 69(3). pp. 253–264.
12. Fraser, P. A. (1954). A method of determining the electronic transition moment for dia-tomic molecules// Canadian Journal of Physics. 1954. Vol.32. No.8. pp.515–521.
13. Кузьменко Н.Е., Кузнецова Л.А., Кузяков Ю.Я. Факторы Франка-Кондона двух-атомных молекул. М.: Изд-во МГУ. 1984. 342 с.
14. Herzberg G. Molecular Spectra and Molecular Structures. I. Spectra of Diatomic Mole-cules. 2nd ed., Van Nostrand. Princeton. N.J. 1950.
15. Хьюбер К.П., Герцберг Г. Константы двухатомных молекул. Т. 1, 2. М.: Мир. 1984.
16. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Справочник по атомной и молекулярной физике. М.: Атомиздат. 1980. 240с.
17. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства инди-видуальных веществ. Т. 1, 2. М.: Наука. 1978.
18. Голощук В.С., Суржиков С.Т. Расчет статистических сумм и термодинамических потенциалов двухатомных молекул и их ионов в широком диапазоне темпера-тур//Препринт ИПМех РАН № 983. 2011. 57 с.
19. Kuznetsova L.A., Surzhikov S.T. Radiative heat transfer in narrow bands of rotational lines of diatomic molecules electronic spectra//ASME HTD-Vol. 357-1. 1998. pp. 41-49.
20. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. М.: Изд-во «Наука» Глав.ред.Физ.-Мат. Литературы. 1965. 484 с.
21. Surzhikov S.T. Application of Quasistationary eRC-Models for Calculating Nonequilibrium Radiation of Shock Waves at Velocities of Approximately 10 km/s// Fluid Dynamics, 2022, Vol. 57, Suppl. 2, pp. S594–S621.
22. Кузнецова Л.А., Суржиков С.Т. Информационно-вычислительный комплекс MSRT-RADEN. I. Основная модель коэффициентов поглощения//Математическое моделирование. 1998. Т.36. № 3. C.15-26.
23. Кузнецова Л.А., Суржиков С.Т. Информационно-вычислительный комплекс MSRT-RADEN. 2. Модели коэффициентов поглощения//Математическое модели-рование. 1998. Т.36. № 4. C. 30-40.
24. Кузнецова Л.А., Суржиков С.Т. Информационно-вычислительный комплекс MSRT-RADEN. 3. База данных//Математическое моделирование. 1998. Т.36. № 5. C. 15-26.