Введение 3
Молекулы газа СО. Энергия внутренних степеней свободы 5
Квазистационарные модели колебательной релаксации 8
2.1 Обобщённое распределение Больмана для молекул газа CO . 8
2.2 Вывод обобщенного распределения Тринора 10
2.3 Сильнонеравновесное квазистационарное распределение в газе с электронным возбуждением 13
Пространственно-однородная релаксация в поуровневом приближении 15
3.1 Система уравнений 15
3.1.1 Полная энергия 16
3.1.2 Релаксационные члены 17
3.1.3 Подготовка системы к решению 22
3.1.4 Результаты 22
Колебательная релаксация молекул газа СО с возбуждёнными электронными уровнями при неравновесном течении газа в соплах 31
4.1 Система уравнений 32
4.1.1 Подготовка системы к решению 33
4.1.2 Расчет параметров газа в критическом сечении сопла.
Пересчёт начальных значений 34
Влияние процессов рекомбинации и диссоциации на параметры течений в соплах 38
5.1 Система уравнений 38
5.1.1 Подготовка системы к решению 41
5.1.2 Расчет параметров газа в критическом сечении сопла.
Пересчёт начальных значений 42
5.1.3 Результаты 45
Заключение 54
Литература
Изучение молекулы СО важно по многим причинам: СО является активной средой в газодинамических лазерах; свойства этих молекул важны при решении ряда экологических задач, например, для уменьшения содержания угарного газа в выхлопных трубах автомобиля; при входе космического аппарата в атмосферу Марса молекулы газа СО могут появляться в результате диссоциации СО2. Электронные уровни молекул СО могут влиять на плазмохимические процессы.
Изучению колебательной релаксации в двухатомных газах посвящено большое количество работ (Например: [1] (см. также библиографию в этой книге), [2], [3]). Однако наибольшее внимание в литературе уделяется компонентам воздуха: N2, О2, ПО. Процессы обмена колебательной энергией в СО изучены довольно слабо; по этой теме можно указать лишь несколько работ [4], [5], [6].
Для описания процесса колебательной релаксации можно использовать различные модели. Наиболее простой моделью является многотемпературное описание, основанное на распределении Больцмана для модели гармонических осцилляторов. Более строгое описание даётся на основании распределения Тринора. Но наиболее точной и детальной моделью является поуровневое описание колебательной кинетики.
В работе исследуется колебательная релаксация молекул газа СО с возбуждёнными электронными уровнями; подробно рассматривается процесс пространственно-однородной релаксации молекул, находящихся в изолированной системе, а также неравновесное течение газа в соплах. При решении данных задач используется приближение поуровневой кинетики. Рассматриваемый подход позволяет получить наиболее строгую модель газовой динамики.
Пространственно-однородная задача предполагает начальное колебательное состояние молекул СО сильнонеравновесным. В ходе работы проводились расчёты для различных начальных колебательно-неравновесных состояний газа СО. Примером такого начального положения может быть обобщенное равновесное максвелл-больцмановское распределение молекул газа по скоростям и уровням вращательной энергии и неравновесное распределение Тринора по колебательно-электронным уровням, которое подробно разбирается во второй главе. Неравновесное колебательное состояние обычно характеризуется перенаселённостью высших колебательных уровней, этот процесс может регулироваться VEобменами колебательной энергии между электронными термами.
В ходе колебательной релаксации молекул газа СО с возбуждёнными электронными уровнями при неравновесном течении газа в соплах также может возникать инверсная заселенность верхних колебательных уровней, а значит может просматриваться вклад VEпроцессов.
Содержание работы можно тематически разделить на три части. В третьей главе рассматривается задача о пространственно-однородной релаксации газа, находящегося в изолированной системе. Главы 4, 5 посвящены построению математической модели релаксации при сверхзвуковом течении газа в соплах. Первые две главы носят вспомогательный характер и служат опорой при решении описанных задач.
В данной работе исследовалось влияние VEобменов колебательной энергией между электронными термами на процесс колебательной релаксации молекул газа СО для различных задач газовой динамики. При решении системы (3.10)-(3.11), соответствующей пространственно-однородной релаксации газа с электронным возбуждением, находящегося в изолированной системе, были сделаны следующие выводы: если не учитывать VE процессы, то происходит неверная оценка числовых плотностней пс для каждого электронного уровня, однако для основного электронного состояния X1S+ ошибка незначительна; также VE обмены влияют на зависимость колебательной температуры Тр от времени, при учете переходов молекул между электронными термами графики Тф(У) становятся немонотонными.
Также в работе было рассмотрено неравновесное течение газа в соплах; в рамках данной задачи было проведено исследование влияния резонансных VE процессов, реакций диссоциации и рекомбинации на формирование неравновесных распределений в сопле и поведение колебательной температуры Тр. Отметим, что без учета процессов диссоциации и рекомбинации влияние VE обменов на колебательные заселенности оказалось велико; при учете рекомбинации и диссоциации вклад резонансных VE переходов становится менее значимым. Зависимость колебательной температуры TC(x/R),рассчитанной при учете VE процессов, может проявлять немонотонный характер.
