Диссертация (1097947), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

Немонотонное изменение Tv  X 1g  обусловлено её зависимостью от значенияE / N при низких давлениях. Подобная зависимость Tv  X 1g  уже наблюдалась в [330].Значения Tv  X 1g  , измеренные в [485] превосходят результаты измерений [564, 567, 570, 572,575, 576]. Расчеты, выполненные в диссертации, свидетельствуют о том, что различиетемператур обусловлено разницей концентраций электронов. Концентрация электронов,135измеренная в [485], заметно выше, чем в [564, 567, 570, 572, 575, 576]. Из таблицы 2 видно, чтовследствие малой величины радиуса разрядной кюветы в [485] увеличение вероятностидезактивации  WV приводит к уменьшению значений Tg и Tv  X 1g  . Кроме этого, как видно изрис. 3б (см.

параграф 1.1), измеренная в [485] ФРКУ молекулы азота в основном состоянии дляv  6 заметно отличается от результатов расчетов по формуле Тринора. В этом случае отличитьэффекты, обусловленные VV  обменом и возбуждением и девозбуждением колебательныхуровней молекул азота электронным ударом, от эффектов, вызванных процессами на стенкегазоразрядной кюветы, становится сложно. С увеличением давления, как показывают расчеты,зависимость значений Tg и Tv  X 1g  от вероятности дезактивации  WV становится менееочевидной.Рис. 55 показывает, что для моментов времени, заметно превышающих t  310-3 с, засчет быстрого VV  обмена молекулы с нижних колебательных уровней переходят на верхниеколебательные уровни v10, формируя плато ФРКУ молекулы азота в основном состоянии(кривые 6-12).

В процессе образования плато на верхних колебательных уровнях, как видно изрис. 53, наблюдается повышение Tg. Вид ФРКУ молекулы азота в основном состоянииобусловлен конкуренцией процессов нерезонансного VV  обмена энергией между молекуламии VT–процессами, формирующими хвост функции распределения в области v15, котораяхорошоаппроксимируетсяраспределениемБольцманастемпературой,близкойкпоступательной. При этом основную роль в приращении Tg играет нерезонансный VV  обменмежду молекулами, который обуславливает передачу значительной части энергии изколебательных степеней свободы в поступательные вследствие ангармонизма колебаниймолекул.

Расчеты показывают, что в интервале времени от 4 до 10 мс (сплошные линии 7–10),для экспериментальных условий рис. 53, рассчитанная и измеренная скорости роста Tgсовпадают и оказываются приблизительно равными  5 104 К/с. Скорость роста Tg связана спроцессами нерезонансного VV  обмена между молекулами на нижних и высоколежащихколебательных уровнях 10  v  15 .

Коэффициенты скорости VV  обмена для высокихколебательных уровней, дающего заметный вклад в нагрев газа, рассчитывались по формуламработы [643, 644], несколько модифицированным в данной диссертации. В диапазонеизменения Tg=300 – 500 K вклад в нагрев процессов VT  релаксации молекул на молекулах иатомах азота составляет менее нескольких процентов от общей мощности энерговклада впоступательно–вращательные степени свободы. Образование атомов в ПС ТРПТ происходитглавным образом в результате прямой диссоциации электронным ударом, а также черезэлектронные уровни с переходом на отталкивательные термы.

Роль реакций диссоциациимолекул через колебательное возбуждение и убыль атомов вследствие объемной рекомбинации136невелика. Согласно расчетам, степень диссоциации, достигаемая в ПС ТРПТ к tp  10 мс, непревышала 10-6 – 10-4. Таким образом, в рамках рассматриваемой модели при полученнойстепени диссоциации молекул азота значимость каналов VT  релаксации молекул на атомахазота невелика и не оказывает существенного влияния на степень колебательного возбужденияи динамику нагрева газа.Процессы с участием молекул и атомов азота в электронно - возбужденных состояниях,перечень которых приведен в таблице 3 (см.

параграф 1.4), также не вносят существенныхизменений в результаты расчета нагрева газа. Так, процесс, описывающий заселениеэлектронно-возбужденного состояния молекулы азота B 3  g через столкновения молекул всостояниях A 3  u и X 1  g ( 3  v  15 ), слабо влияет на динамику нагрева азота. Не играютзаметной роли в нагреве газа и реакции с участием атомов в метастабильном состоянии 2 P имолекул в состояниях X 1  g для v  8 , а также реакции с участием молекул в состоянии A 3  u .Тепловые потери, рассчитанные для экспериментальных условий положительногостолба ТРПТ достигают к моменту времени 8–10 мс величины, составляющей не более 20% отмощности энерговыделения за счет процессов нерезонансного VV  обмена.При Tg  600 – 1000 K вклады процессовVT  релаксации молекул на молекулах иVV  обмена между молекулами становятся соизмеримыми и приблизительно компенсируютсятепловыми потерями.

С ростом давления от 7 Тор до 30 Тор измеренная и рассчитанная Tg ,соответствующая квазистационарному распределению параметров положительного столбаТРПТ, монотонно увеличивается от 450 К до 1300 К.При p > 10 Тор несмотря на различие в радиусе разрядных кювет, при одних и тех жезначениях силы разрядного тока - 50 мА и E / N  50 – 60 Тд, рассчитанные и измеренные вдиссертации и в [590] значения Tg слабо различаются.

Расчеты показывают, что тепловойбаланс в ПС определяется релаксационными процессами, происходящими в небольшойобласти, локализованной вблизи оси разряда, где концентрация электронов максимальна. Каквидно из таблицы 2 (см. параграф 1.1), для tp > 20 мс наблюдается количественное согласиезначений Tg, измеренных в диссертации и в [590], и рассчитанных с использованиемкоэффициентов скоростей колебательно - поступательной релаксации из [643, 644]. Отметим,что изменение набора коэффициентов скоростей и сечений, использовавшихся в уровневойполуэмпирической столкновительно - излучательной модели, может привести к некоторымрасхождениям с результатами диссертации.

Особое внимание следует обратить на процессы свысокими порогами возбуждения, корректное описание которых требует исследованиевысокоэнергетической части ФРЭЭ и ФРКУ молекулы азота в возбужденных состояниях.1371.4.3. Кинетика возбуждения и релаксации электронных состояний молекул азота вимпульсном тлеющем разряде и послесвеченииМетоды спектроскопии КАРС в сочетании с СИМ газовых разрядов, являютсяпотенциальноэффективнымсредствомдляисследованийкинетикивозбужденияидевозбуждения колебательных уровней гомоядерных молекул в основном состоянии иопределения коэффициентов скоростей и сечений элементарных физико-химических процессовв НТП.

Это наглядно демонстрируется исследованиями кинетики возбужденных частиц в ИТРи послесвечении (в микросекундном диапазоне при высокой удельной мощности, поглощеннойплазмой, и средних давлениях) в азоте, выполненными в [402, 532–539, 576, 1052].10Определенные значения коэффициента скорости K01VV – обмена энергией между молекуламиазота в основном электронном состоянии X 1g имеют разброс в диапазоне от 0.910-14 см-3/с до1510-14 см-3/с. Эти данные отличаются от его теоретического предсказания [643, 644] иизмерений [564, 568, 569, 571, 573, 643, 644, 657] в ПС ТРПТ. Это имеет место и для величинысуммарного по первым восьми колебательным уровням сечения колебательного возбуждениямолекулы азота   =3–13.3 А2 [535–537].

В [485, 487, 532, 1052] отмечаются трудности винтерпретации измеренных в послесвечении ФРКУ молекулы азота в основном состоянии.10Причины расхождения данных K01и   являются не выясненными. Задача определения10значений K01и   в ИТР в азоте остается до конца нерешенной. Накопленные к настоящемувремени экспериментальные [431–559] и теоретические [133, 141, 189, 193, 274, 276, 278–281,283–286, 289, 290, 294, 295, 298–300, 302, 303, 306–308, 313–315, 328–332, 395, 477, 478, 532–534, 536, 606, 643–741] результаты исследований колебательной кинетики молекул азота вгазовых разрядах и, непосредственно, на выходе из разрядной зоны (или по окончаниюимпульса разрядного тока) [402, 532–539, 576, 706, 1045, 1052, 1053–1070] позволяют:объяснить расхождение экспериментальных и рассчитанных значений10; выполнитьK01интерпретацию измерений кинетики ФРКУ молекулы азота в основном состоянии сиспользованием усовершенствованной в диссертации СИМ имульсного тлеющего разряда ипослесвчении при высоких значениях удельного энерговклада и средних давлениях.Подавляющее число работ [706, 1053–1064], посвящены исследованиям колебательнойкинетики молекул азота в основном электронном состоянии в послесвечении газовых разрядовпри низких давлениях (<10 Тор), характеризующихся невысоким значением удельноймощности, поглощенной НТП.

Исключение составляют работы [1065–1069, 1070], в которыхприведены результаты исследований механизмы ионизации и кинетики молекул азота в138электронно-возбужденных состояниях в послесвечении газовых разрядов в азоте при среднихдавлениях (20–50 Тор).Рис.57.Схемаустановки для исследованияФРКУмолекулыазотавосновном состоянии методомспектроскопии КАРС в ИТРв азоте [532, 1052].Рис. 58.

Характеристики

Список файлов диссертации