Коэффициенты скорости диссоциации и обменных реакций в воздухе

Условные обозначения
Введение
1. Колебательная энергия
2. Заселенность колебательных уровней
2.1 Триноровское распределение
2.2 Неравновесное больцмановское распределение
2.3 Равновесное больцмановское распределение
2.4 Составное распределение
3. Поуровневый коэффициент скорости диссоциации
3.1 Равновесный коэффициент скорости диссоциации
3.2 Поуровневый неравновесный фактор
3.3 Поуровневый коэффициент скорости диссоциации
4. Осредненный коэффициент скорости диссоциации
4.1 Осредненный коэффициент скорости диссоциации, вычисленные с использованием неравновесных распределений
4.2 Модель Парка
4.3 Модифицированная формула для осредненного коэффициента скорости диссоциации
5. Результаты
Заключение
Список литературы


Купить

Для решения целого спектра современных научно-технических задач, таких как исследование течений в высокоэнтальпийных установках, процессов в активной среде молекулярных лазеров, очистка загрязненной атмосферы, необходимо изучение многокомпонентных смесей реагирующих газов в условиях далеких от равновесия. Отличительной особенностью моделирования таких течений является то, что система уравнений для макропараметров потока включает в себя уравнения релаксации наряду с уравнениями сохранения. Уравнения релаксации содержат коэффициенты скорости физико-химических процессов. Актуальность данной проблемы заключается в том, что коэффициенты скорости этих процессов необходимы для вычисления параметров потока с учетом колебательной и химической кинетики, а также для решения уравнений неравновесной аэродинамики.
Большое количество работ посвящено изучению взаимного влияния распределений молекул по скоростям и уровням внутренней энергии и химических реакций. Исследования И.Пригожина [13] были одними из первых в этом вопросе, за этими исследованиями вышли работы Р.Презента[12] и Дж. Людвига и М.Хейля [1]. В работе [2] было рассмотрено влияние неравновесных распределений на коэффициенты скорости диссоциации, а в работе[17] на скорости обменных реакций в воздухе.
Значительный прогресс, который был достигнут в последние годы в исследовании детальной поуровневой кинетики неравновесных процессов в потоках реагирующих газов, привел к появлению более точных моделей для скорости неравновесных реакций. Основываясь на заселенностях колебательных уровней, полученных из решения уравнений поуровневой кинетики, в работах [6,7,9] были найдены коэффициенты скорости реакции диссоциации. Они значительно отличаются как от равновесных коэффициентов скорости диссоциации, описываемых законом Аррениуса, так и от многотемпературных коэффициентов. В работе Е.В.Кустовой, Е.А.Нагнибедаи соавторов[8] был рассмотрен коэффициент скорости диссоциации в расширяющихся потоках газа с учетом колебательно-химической кинетики. Сравнение результатов траекторных расчетов с моделью Тринора-Маррона для скоростей диссоциации обсуждается в [5].
Целью данной работы было нахождение коэффициентов скоростей диссоциации на основе неравновесных распределений и на основе моделей Парка, Аррениуса и модели [14] в широком спектре температур, а также последующий анализ и сравнение полученных результатов. Для этого в работе приводятся результаты вычислений распределения Больцмана (равновесного и неравновесного), распределения Тринора и составного распределения. Отдельно рассматриваются коэффициенты скорости диссоциации, вычисленные на основе этих распределений, с целью определения влияния на них выбора параметра неравновесности U. Также рассмотрены модели Парка и Аррениуса для того, чтобы определить влияние выбора различных моделей реакций на коэффициент скорости диссоциации.
В работе рассматривается пятикомпонентная воздушная смесьN_2/O_2/ NO/N/O . Принимаются во внимание происходящие в смеси реакции диссоциации:
N_2+M⟷N+N+M (1)
O_2+M⟷O+O+M (2)
NO+M⟷N+O+M (3)
(M=N_2,O_2,NO,N,O-партнер по столкновению)
и обменные реакции:
N_2+O⟷NO+N (5)
O_2+N⟷NO+O (6)
Осредненный коэффициент скорости диссоциации (1-3) определяется следующим соотношением[1]:
k_diss^((M))=1/n_mol ∑_i^L▒〖n_i k_(i,diss)^((M)) 〗 (7)
M =N_2,O_2, NO

где k_(i,diss)^((M)) – поуровневые коэффициенты скорости диссоциации,n_i- заселенности i – го уровня,-количество колебательных уровней молекулы,n_mol-общее число молекул в единице объема.
В данной работе рассматриваются коэффициенты скорости диссоциацииk_diss^((M)), вычисленные на основе неравновесного распределения Больцмана, распределения Тринора и составного распределения. Все вышеперечисленные распределения для заселенностей колебательных уровней зависят от колебательной энергии молекулы и от температуры газа.

Купить