Исследование колебательной и химической кинетики в смесях, содержащих молекулы углекислого газа, является одной из важных современных проблем неравновесной газодинамики. Учет влияния неравновесной кинетики на газодинамические параметры таких смесей необходим при моделировании входа гиперзвуковых аппаратов в атмосферу Марса [1, 2], а также процессов, происходящих в активной среде молекулярных лазеров [3-5], в химических технологиях. В течение последних нескольких десятилетий разработке теоретических моделей неравновесной кинетики в потоках углекислого газа уделялось большое внимание. Первые такие модели были основаны на введении одной колебательной температуры для трех типов колебаний молекул CO2 [6]. Однако при таком подходе не учитываются важные эффекты взаимодействия между разными модами колебаний, в частности, ферми-резонанс между частотами симметричной и деформационной мод и быстрый обмен колебательными энергиями этих мод. Более строгими являются многотемпературные модели, учитывающие сложную колебательную кинетику молекул углекислого газа [7-11]. Трехтемпературная модель, разработанная для смесей CO2/CO/О и CO2/O2/CO/C/О, использовалась при численном моделировании течений в ударном слое около космических аппаратов MRSO и MARS EXPRESS [12, 13]. Детальное поуровневое описание неравновесной кинетики в углекислом газе [14] применялось для расчетов течений в пограничном слое.
В настоящей работе исследуется влияние разных кинетических моделей на параметры пространственно-однородной смеси CO2/CO/O. Колебательная релаксация и диссоциация молекул углекислого газа рассматриваются в рамках трехтемпературного, двухтемпературного и однотемпературного описаний [9]. Расчеты проводились при разных начальных условиях и разных аппроксимациях скорости переходов колебательной энергии и диссоциации молекул углекислого газа. Показано влияние на параметры смеси следующих эффектов: 1) выбора кинетической модели, 2) начального колебательного возбуждения молекул CO2 и 3) разных аналитических представлений времени колебательной релаксации и скорости диссоциации.
Проведенное в работе численное исследование колебательной релаксации и диссоциации молекул СО2 в пространственно однородной смеси СО2/СО/О на основе трехтемпературного, двухтемпературного и однотемпературного описаний неравновесной кинетики позволило изучить влияние кинетических моделей на временное изменение состава, температуры смеси и скорость диссоциации, а также влияние начального возбуждения симметрично-деформационной и антисимметричной мод молекул СО2 на изменение температур и скорость диссоциации. Обнаружено, что диссоциация протекает значительно быстрее в случае сильного возбуждения объединенной моды, чем при таком же возбуждении третьей моды. Полученные в работе результаты могут быть полезными при выборе адекватных моделей кинетики для численного моделирования смесей, содержащих молекулы углекислого газа.
